酞菁类化合物的开发及应用
酞菁类化合物在太阳电池中的应用
收稿日期： ２００６－ ０５－ １１ 作 者 简 介 ： 殷 焕 顺（ １９７９ — ） ， 男 ， 辽 宁 省 人 ， 讲 师 ， 硕 士 ， 主 要 研 究方向为无机 － 高分子功能材料。 Ｂｉｏｇｒａ ｐｈｙ： ＹＩＮ Ｈｕａ ｎ－ ｓ ｈｕｎ（１９７９ —）， ｍａ ｌｅ ， ｌｅ ｃｔｕｒｅ ｒ， ｍａ ｓ ｔｅ ｒ．
２． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｎａｎｋａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓ ｅｄ ｏｎ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ａｎｄ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｓ ｙｓ ｔｅｍｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓ ｈｏｗｎ ｔｈａｔ ａｔｔｅｍｐｔｓ ａｒｅ ｕｎｄｅｒｗａｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｓ ｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｓ ｕｃｈ ａｓ ｄｏｐｅｄ， ｓ ｅｎｓ ｉｔｉｚｅｄ， ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ ｓ ｙｓ ｔｅｍ ｏｆ ｄｏｎｏｒ－ ａｃｃｅｐｔｏｒ ｅｔｃ．． Ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓ ｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ， ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｅａ ｙｅｔ ｄｉｄ ｎｏｔ ｒｉｖａｌ ｔｈｏｓ ｅ ｃｏｎｓ ｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓ ｏｌａｒ ｃｅｌｌ． Ｐ ｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅｓ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ ａｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｓ ｅｎｓ ｉｔｉｚｅｄ ｄｙｅ ． Ａ ｂｒｉｅｆ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ ， ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｓ ｏｍｅ ａｓ ｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ｉｎ Ｓ ｃｈｏｔｔｋｙ－ ｂａｒｒｉｅｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ， ｐ－ ｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ， ｎａｎｏｃｒｙｓ ｔａｌｌｉｎｅ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ ａｒｅ ｐｒｅｓ ｅｎｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ： ｐｈｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌ； ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ ； ｃｏｎｖｅｒｓ ｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
金属酞菁的合成及应用研究的开题报告
金属酞菁的合成及应用研究的开题报告
题目：金属酞菁的合成及应用研究
一、选题背景及意义
金属酞菁是一种重要的有机金属配合物，具有良好的光学和电学性质，在光电领域、光敏电子器件、有机场效应晶体管等领域都有广泛的
应用。
因此，研究其合成及应用具有重要的实际意义。
二、研究目的及内容
本研究的目的是通过合成不同金属酞菁（例如，铜酞菁、钴酞菁、
锰酞菁等），探究其在光电器件中的应用，同时通过对其光电性能进行
表征和分析，探究金属酞菁在光电领域的应用前景。
具体研究内容如下：
1. 制备不同金属酞菁
在实验室中制备不同金属酞菁，如铜酞菁、钴酞菁、锰酞菁等，并
对其微观结构和晶体结构进行表征和分析。
2. 测量金属酞菁的光电性能
使用光电性能测试仪器对金属酞菁的光电性能进行测量，如吸收光谱、发光光谱、电化学行为等等。
3. 探究金属酞菁在光电器件中的应用
通过实验探究不同金属酞菁在光电器件中的应用，如有机场效应晶
体管、光敏电子器件等，研究其在光电功能材料方面的应用前景。
三、研究方法及步骤
1. 液相法合成金属酞菁
2. 对金属酞菁进行晶体结构表征
3. 测量金属酞菁的光电性能
4. 探究金属酞菁在光电器件中的应用
四、预期成果及意义
本研究预期能够合成多种金属酞菁，并对其在光电器件中的应用进行探究，为相关技术的发展做出一定的贡献，同时推动金属酞菁在材料学、物理学和化学等领域的广泛应用。
酞菁类颜料成分
酞菁类颜料成分详细解析一、引言酞菁类颜料是一类广泛应用于印刷油墨、涂料、塑料和纺织品等领域的合成有机颜料。
它们以其卓越的色彩鲜艳度、高的热稳定性和光稳定性而闻名。
本文档旨在对酞菁类颜料的成分进行详细解析，探讨其化学结构、性质以及应用领域。
二、酞菁类颜料的定义与历史酞菁（Phthalocyanine）是一种大环化合物，由四个异吲哚单元通过氮原子桥接而成，形成一个高度共轭的18π电子体系。
这种结构类似于自然界中的叶绿素，因此酞菁颜料通常具有深蓝色或绿色的外观。
酞菁颜料的历史可以追溯到20世纪初，当时它们首次被合成并用作染料。
随着时间的推移，人们发现这些颜料在各种应用中的性能优越，从而迅速普及。
三、酞菁类颜料的化学结构酞菁类颜料的基本结构是一个平面的酞菁环，中心可以配位不同的金属原子，如铜、铁、钴、铝等。
这些金属原子的存在可以显著影响颜料的颜色、着色力和其他物理化学性质。
此外，酞菁分子可以通过引入不同的取代基团（如甲基、氯、磺酸基等）来改变其溶解性、亲和性和耐久性。
四、酞菁类颜料的性质1. 色彩鲜艳：酞菁颜料以其鲜艳的蓝色和绿色而著称，色彩饱和度高，遮盖力强。
2. 高稳定性：这类颜料对光和热具有极高的稳定性，不易褪色，适用于户外应用。
3. 良好的耐化学性：酞菁颜料对大多数有机溶剂、酸碱和氧化剂都有很好的抵抗力。
4. 低毒性：大多数酞菁颜料对人体和环境的毒性较低，符合安全标准。
五、酞菁类颜料的合成方法酞菁颜料的合成通常涉及多步反应，包括原料的准备、酞菁环的形成和后续的精制过程。
合成方法的选择会影响最终产品的质量、成本和环境影响。
常用的合成方法包括溶剂法、熔融法和固相法等。
六、酞菁类颜料的应用1. 印刷油墨：用于出版印刷、包装印刷和商业印刷等领域。
2. 涂料工业：应用于汽车涂料、建筑涂料和工业涂料等。
3. 塑料着色：用于给塑料产品如玩具、容器和包装材料等提供颜色。
4. 纺织品染色：用于给纤维和织物提供耐久的色彩。
酞菁类功能性颜料结构及应用特性(续)
TT- T7 相互作用形成聚集体，相 反 ，在 非 周 边 a - 位 基 ）苯酚，在 碳 酸 钾 存 在 下 于 DMF介质中亲核取
(a -ZnTSPf) 的光谱中没有发现聚集作用，吸电子 代反应，制 备 3- [2,4, 6 - 三 （N，N- 二甲基氨基
磺酸取代基阻碍了聚集体的形成，显著地稳定了最 甲基）苯 氧 基 ] 邻 苯 二 甲 腈 化ຫໍສະໝຸດ 合 物 （3) 9so3-
a-ZnTSPc
(3-ZnTSPc
Vol. 58 N o .：
染料与染色 DYESTUFFS A N D C O L O R A T I O N
第 58卷第3 期
吸 收 、荧光光谱数据表明周边位置四个磺酸基 的 取 代 锌 酖 菁 季 铵 化 衍 生 物 的 制 备 。通 过 3 - 硝
锌 酞 菁 P-位 （p -ZnTSPc) 通过疏水性的锌酞菁环 基邻苯二甲腈与2,4, 6 - 彐 （N, N- 二甲基氨基甲
文 献 标 识 码 ：A
文章编号： 1 6 7 2 - 1 1 7 9 ( 2 0 2 1 ) 0 3 - 0 1 - 1 2
(接上期） 3. 2 制 备 酞 菁 衍 生 物 的 途 径
为 研 究 分 子 结 构 与 光 敏 特 性 的 关 系 ，改 进 光 敏 剂 的 应 用 特 性 ，通 常 制 备 不 同 的 金 属 酞 菁 的 取 代 衍 生 物 包 括 两 个 途 径 ：在 金 属 酞 菁 环 的 周 边 或 非 周 边 位置引人取代基，以及在分子轴向引入特定取代基 形成配位体或络合物. 3. 2. 1 在酞菁环的周边或非周边引人取代基
染料与染色V 〇l.58 No. 3
NC CN
周春隆
酞挣类功能性颜料结构及应用特性
酞菁在太阳能电池中的应用
酞菁在太阳能电池中的应用近年来，以有机颜料或染料为材料的太阳电池的研究报道很多。
与无机半导体相比，有机半导体颜料的分子结构可以设计合成，材料选择余地大，可望达到易得而价廉的目标。
目前已开发的有机染料半导体有酞菁、份菁、罗丹明、孔雀绿等。
酞菁则作为近年开发的性能优异的有机半导体材料而引人注目。
那么首先我们的了解什么是酞菁，它有什么作用。
据可查资料，酞菁是一类由8个N 原子、8个C原子组成的16中心18π电子的芳香共轭体系的大环共轭配合物。
酞菁类化合物可看作是四氮杂卟啉的衍生物，具有D2n点群对称性。
自20世纪初被偶然合成以来，已在染料工业和光电功能材料等方面获得了巨大的应用。
近年来随着功能材料的研究开发，发现这一类化合物具有许多诱人的功能。
诸如含金属离子的酞菁类配合物MPc（M2+为二价金属离子，H2Pc为自由酞菁）具有很大的三阶非线性光学响应系数，夹层稀土酞菁配合物REPc2（REn+为稀土离子）具有电致变色效应，由于π-π相互作用，酞菁结晶时呈柱状排列而显示出沿柱方向的低维导电性，桥联的金属酞菁配合物在室温下具有很好的液晶相，另外，它在催化剂、抗辐射剂等方面的作用也受到人们的重视。
近年来许多实验表明，由于酞菁化合物具有颜色鲜艳、生产成本较低、着色性优异、良好的光、热及化学稳定性、优异的光、电性质，在可见光区有较好的吸收以及分子结构的可调节性。
除了用作传统的染料和颜料外，酞菁类化合物很早就被用作太阳能电池中的光敏化剂。
同时酞菁环内有1个空穴,可以容纳铁、铜、钴、铝、镍、钙、钠、镁、锌等金属元素,并结合生成金属配合物。
通过改变不同的金属离子可以获得不同能级的金属酞菁化合物，有利于提高太阳能电池的光电转换效率。
但由于无取代的金属酞菁几乎不溶于水和有机溶剂, 极大地限制了它的应用。
改善金属酞菁水溶性的方法,一般是在苯环上加入磺酸基或羧酸基团。
而近几年发现氯铝酞菁是一种光电性能优异、热稳定性能良好的光电材料，因此常把它选为P型半导体与其光谱相匹配(对于太阳能光谱而言)的藏红类染料作为n型半导体构成了异质结，有人就选用过六种自行合成的藏红衍生物，采用NESA／藏红／酞菁／Ag形式的异质结电池结构，其中把不同的藏红衍生物分别制成相应的双层太阳电池那么为什么酞菁能被应用到太阳能上呢，它的工作又是什么呢？我们知道正是因为酞菁是一种良好的吸光材料,并且吸收光谱研究表明酞菁有两个吸收带:可见光区的600-800nm(Q-band)和近紫外区的300-400nm(B-band);其固态颜色依据中心原子,周边苯环上的取代基,晶型,颗粒大小不同,可在深蓝色到绿色之间变化.酞菁化合物具有良好的热稳定性,在空气中加热到400-500℃无明显分解.通过化学修饰可以得到很多种类的酞菁化合物,表现出独特的性能与功用,酞菁的基础和应用研究受到广泛关注.除了作为染料与色素,酞菁化合物已发展成为一类新型功能材料,应用领域涉及光电导材料,液晶,电致变色,气体检测,癌症动力学疗法等新兴科技领域.近年来,酞菁在染料敏化纳米太阳能电池中的应用特别引起研究工作者的浓厚兴趣.首先染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新近发展的光电能量转换装置,被认为是最有可能取代传统硅太阳能电池的新型太阳能电池,其核心是吸附了敏化染料层的多孔纳米晶半导体(一般为TiO2)薄膜组成的光电极.当敏化染料分子吸收光子后,电子跃迁到激发态,然后电子从敏化染料激发态注入到TiO2导带中,电子最后经过对电极和电解质体系(通常是Iˉ/I3ˉ体系)还给氧化态染料,完成一个内循环.正如被称为"人工光合"那样,DSSC就像人工合成的树叶,植物中的叶绿素为敏化染料所代替,而多孔纳米TiO2膜取代了磷酸类脂膜.与光合作用一样,基于TiO2纳米晶膜的太阳能电池构成了由太阳光驱动的分子泵. 敏化染料在DSSC中起着举足轻重的作用,通常要符合以下条件:⑴在纳米TiO2膜上有良好的吸附,不易脱附;⑵在可见光响应范围广,吸收强;⑶激发态寿命较长,且具有高的电荷传输效率;⑷氧化态和还原态都较稳定;⑸能级分布与半导体相匹配,其LUMO要高于半导体导带底,便于电子传输;⑹氧化还原电位要高于电解质体系中的氧化还原对,以利于染料通过氧化还原反应从氧化态回到还原态.迄今获得最高光电转化效率的敏化染料是顺-二(异硫氰酸根)-二(4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶)合Ru(Ⅱ).但其制备过程复杂;在TiO2催化下易光解;在红外区缺乏吸收;钌价格昂贵,资源有限,限制了大规模应用.因此寻找成本低,性能好,吸光范围广的敏化染料成为当前研究的热点之一.而酞菁在可见光范围有较强的吸收,有优良的化学稳定性和光,热稳定性,和TiO2能级匹配,具备成为一种高效敏化染料的有利条件.并且通过对酞菁的化学修饰,可以调节酞菁的能级结构和某些物理,化学性质,拓展其作为敏化染料在太阳能电池中的应用.所以才成就了酞菁在太阳能电池中的应用地位。
酞菁类化合物
酞菁类化合物
酞菁类化合物是一类含有酞菁结构的有机化合物，其分子结构通常由四个苯环和一个中心的金属离子组成。
酞菁类化合物具有广泛的应用领域，包括光敏材料、生物标记、荧光探针等。
酞菁类化合物最早于1907年被发现，但直到20世纪50年代才被广泛应用。
最常见的金属离子包括铜、镍、锌、铁等，其中以铜酞菁和镍酞菁最为常见。
在生物医学领域中，酞菁类化合物被广泛用作荧光探针。
例如，铜酞菁可以用于检测DNA、RNA和蛋白质等生物分子。
此外，某些酞菁类化合物还可作为光敏剂应用于癌症治疗。
除了在生物医学领域中的应用外，酞菁类化合物还可用于制备染料、颜料和涂料等。
例如，某些铜酞菁衍生物可以作为高效的蓝色染料使用。
总之，由于其独特的分子结构和广泛的应用领域，酞菁类化合物已成为有机化学领域中备受关注的研究课题之一。
《酞菁的研究》
酞菁研究及进展摘要:主要描述酞菁及其类似物的研究现状,特别是对树枝状酞菁、光学活性酞菁、三明治酞菁、亚酞菁、酞菁金属化合物、的研究进展作了综合评述。
简介:酞菁是一种具有18个电子的大共轭体系的化合物，它的结构非常类似于自然界中广泛存在的卟啉，但是，与在生物体中扮演重要角色的卟啉不同的是，酞菁是一种完全由人工合成的化合物。
1928年，Scottish染料厂的Grangemouth 车间在大量的由邻苯甲酸酐制备邻苯二甲酰亚胺的过程中，由于玻璃管道破裂使反应直接暴露在钢制的管道外壳中，人们惊奇的发现，在白色的邻苯二甲酰亚胺中产生出一些兰色的杂质。
由于这些杂质的具有鲜艳的颜色，而且对空气甚至酸碱的高稳定性，所以后来人们将其分离出来做为一种染料。
1907 年Braun[1]和Tcherniac 在研究邻-氰基苯甲酰胺的化学性质时由于偶然的原因合成了第一个非金属的酞菁化合物；1927 年，deDiesbach 和von Der Weid 合成了第一个Cu(Ⅱ)酞菁配合物[2]；三十年代初期，Linstead 合成了许多金属酞菁配合物，并首次提出了酞菁一词[3]，经过几十年的发展，酞菁已发展成为一门独立的学科。
由于酞菁配体具有特殊的二维共轭π—电子结构，共轭的大环体系有强烈的π—π电子作用，这是该类化合物具有特殊的光、电、磁学等特殊性质的理论基础。
酞菁化合物最初是作为染料和颜料而被广泛使用，随着科学技术的进步，人们发现酞菁化合物可作为非线性光学材料[4~5]、光限制配合物材料[6~7]、分子半导体材料[8~16]、电致变色显示材料[17~18]、气体传感材料[19~21]、液晶显示材料[22~23]、催化剂[24~26]、分子磁体[27~29]、分子电子元器件[30~31]、光动力学癌症治疗药物[32~34]等。
近年来，特别是1990 年以来，人们对低对称性酞菁的研究兴趣大增，我们将报道近使几年来新型酞菁的最新进展情况，包括树枝状酞菁、光学活性酞菁、亚酞菁等及其类似物。
光动力治疗药物―酞菁类光敏剂研究进展
光动力治疗药物―酞菁类光敏剂研究进展光动力治疗（PDT）是目前公认的一种治癌方法，专家预测在21世纪将成为一种重要医疗手段。
而光动力治疗的核心问题是光敏剂，理想的光敏剂应具备以下特点:光敏化能力强即较高的光化学量子产率;肿瘤组织和癌细胞摄取率高;在650nm以上有强烈吸收;暗毒性和光毒性小;组成稳定、结构明确;能从正常组织中迅速解除，在生理pH水溶液可溶解。
PDT 抗癌光敏剂发展迅速，到目前为止已到第三代。
至今，获准在临床上正式使用的只有在1988年由美国Rosewell Park肿瘤研究所N.Y.Buffalo开发的Photofrin卟啉型光敏剂。
但有许多致命的弱点，波长不在对人体组织透过率较佳的红外区;肿瘤选择性摄取率不高;成分复杂、组成不稳定;来源困难;给药后须避光等，临床应用受到限制。
因此开发新型高效的抗癌光敏剂一直是国内外PDT研究的热点。
酞菁类配合物作为新一代医用光敏剂用于PDT癌症表现出较强的光动力学特性，发挥着举足轻重的作用，是具有潜在前景的PDT新一代抗癌光敏剂。
本文就酞菁类光敏剂研究进展做一详细介绍。
1、酞菁发展概况酞菁（phthalocyanine）一词是英国著名的Linstead教授在1933年创造的一个新名词，此词源于希腊文Nahtha（石脑油）和Cyanine（深兰色）。
酞菁一问世，便以其独特的颜色、较低的生产成本及特殊结构赋予它们对光、热、酸、碱及各种有机溶剂的高度稳定性。
最早被用作颜料或染料，其颜色的鲜艳、强着色力是任何其他已知化合物所不能比拟的。
为此，直到今天，仍广泛应用于印刷油墨、涂料、塑料、橡胶、皮革、纺织品以及食品中。
另外在催化、医学、有机半导体、光导体、彩色照相、激光、液晶、LB膜等几十个方面都得到了广泛的研究和应用。
1989年在日本召开的国际功能性染料化学会议上，涉及酞菁化合物的论文占论文总数的90%，令世人瞩目。
酞菁及金属酞菁具有良好的光催化、光敏化性能，其在光化反应、光合作用模拟、生物抗癌等领域的应用引起了人们的高度重视。