4-叔丁基吡啶的用途与研究

概述

4-叔丁基吡啶又名对叔丁基吡啶，英文名称4-tert-butylpyridine，，简称TBP，是一种分子式是C₉H₁₃N，分子量为135.21的化学品。常温常压下，该物质表现为白色至米色固体粉末。

用途

因为能够提高光电池的开路电压，所以4-叔丁基吡啶常常用作染料敏化太阳能电池电源液的添加剂。例如文献公开了一种含低4-叔丁基吡啶量的小分子空穴传输材料，该传输材料无定形态好，便于旋涂，即使在低辅剂用量的情况下，也能够很好的优化钙钛矿太阳能电池性能[1]。

此外，在金属催化领域，以4-叔丁基吡啶等吡啶化合物为配体，与钌盐、碳载体可以制得吡啶类配体改性的钌基催化剂。通过引入特定的吡啶类配体，不仅可以帮助稳定高价钌物种的价态，同时还可以减少金属钌的掺入量，能够有效提升钌基催化剂的活性与稳定性，能有效催化乙炔氢氯化反应[2]。

电化学研究

为了进一步研究染料敏化太阳能电池的性质，研究人员采用强度调制光电流谱(IMPS)/强度调制光电压谱(IMVS)技术，从电子传输和复合动力学的角度，研究电池的液态电解质中加入4-叔丁基吡啶后，电池光伏性能变化的电荷传输机理。研究结果表明：染料敏化太阳能电池电解质中加入4-叔丁基吡啶后，会发生TiO₂导带边负移，导致染料敏化太阳能电池的开路电压明显增大，同时光生电子注入动力降低，多孔薄膜中光生电子浓度减少，电子传输时间Td延长，短路电流密度有所下降。具体数据表明，4-叔丁基吡啶加入后，染料敏化太阳能电池的光电转换效率相比没有4-叔丁基吡啶时增加了37%[3]。

应用光谱电化学方法测定纳米晶TiO₂电极在不同浓度的4-叔丁基吡啶电解液中的平带电势，结果发现4-叔丁基吡啶对纳米晶TiO₂电极的能带结构具有显著的影响。在不含和含有0.2或0.4 mol.L^-1TBP的0.2 mol.L^-1高氯酸四丁基铵/乙腈溶液中，TiO₂电极的平带电势依次为-2.25，-2.46和-2.60 V。当加入Li⁺后，TiO₂电极的平带电势正移。在不含和含有0.2或0.4 mol.L^-14-叔丁基吡啶的0.2 mol.L^-1 LiClO₄/乙腈溶液中，TiO₂电极的平带电势依次为-1.12，-1.22和-1.30 V。用时间分辨电流方法测定陷阱态分布，在不含和含有0.2或0.4 mol.L^-14-叔丁基吡啶的0.2 mol.L^-1 高氯酸四丁基铵/乙腈溶液中，TiO₂电极的陷阱态密度依次为3.52×10¹⁶，3.18×10¹⁶和3.37×10¹⁶ cm^-2，陷阱态分布的最大值分别位于-1.99，-1.89和-1.85 V处。Li⁺的加入进一步减少了陷阱态密度。在不含和含有0.2或0.4 mol.L^-14-叔丁基吡啶的0.2 mol.L^-1 LiClO₄/乙腈溶液中，TiO₂电极的陷阱态密度依次为8.39×10¹⁵，1.11×10¹⁶和9.22×10¹⁵cm^-2，陷阱态分布的最大值分别位于-0.72，-0.84和-0.95 V处。最后，研究了N3染料敏化的纳米晶TiO₂电极在含有不同浓度4-叔丁基吡啶的电解质溶液中的光电化学性质。结果显示，随着4-叔丁基吡啶浓度的增加，Voc增大，使TiO₂电极的光电转化效率增加[3]。

参考文献

[1]陈瑜,薛松,王江,等.含咔唑基且低4-叔丁基吡啶用量的小分子空穴传输材料及其在钙钛矿电池的应用:CN201610084462.5[P].CN105753769A.

[2]韩冲,何邦淇,李伟,等.吡啶类配体改性的钌基催化剂在乙炔氢氯化反应中的应用:CN202310645290.4[P].CN116655447A.

[3]奚小网,胡林华,刘伟庆,等.基于4-叔丁基吡啶的染料敏化太阳电池中电子传输研究[J].材料研究学报, 2011, 25(6):5.DOI:10.1134/S1063774513040032.

[4]杨术明,王纪超,寇慧芝,等.4-叔丁基吡啶对纳米晶TiO₂电极的能带结构及光电化学性质的影响[J].电化学, 2011, 17(2):8.DOI:CNKI:SUN:DHXX.0.2011-02-015.