Simetrik olmayan oksotitanyum ftalosiyaninlerin sentezi, karakterizasyonu ve fotovoltaik uygulamaları

Abstract

Ftalosiyaninler, doğada bulunabilen porfirinlerin tamamen sentetik analoglarıdır. 18 π-elektron sistemi bulunduran düzlemsel ve aromatik makroheterohalkalı yapılardır. İlk olarak 1907 yılında tesadüfen keşfedilmişlerdir. Metalli ve metalsiz olarak iki kategoride incelenebilirler. Ftalosiyaninlerin 70'ten fazla metal ile kompleks yapabildikleri bilinmektedir. Halka oyuklarında bulundurdukları bu metal atomlarına bağlı olarak ayrıca periferal ve non-periferal konumlara takılan sübstitüentlerin yapısına bağlı olarak ftalosiyaninlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri değişkenlik göstermektedir. Kimyasal ve termal olarak oldukça kararlıdırlar. Bu durum ftalosiyaninlerin çok çeşitli ve özgün özellikler göstermelerini ve kimyasal sensör, non-lineer optik, fotodinamik terapi, boya ve pigment, katalizör ve sıvı kristal gibi birçok farklı alanda uygulama imkanı bulmalarını sağlamıştır. Ftalosiyaninlerin ftalonitril, ftalik asit, ftalik anhidrit ve ftalimid gibi çeşitli başlangıç bileşiklerinden yola çıkarak sentezlenmesi mümkündür. Sodyum, lityum gibi halka oyuğundan kolay ayrılabilen metaller içeren metalli ftalosiyaninlerden merkez metallerin çıkarılması ile metalsiz ftalosiyanin elde edilebildiği gibi, metalsiz ftalosiyaninlerin metal tuzları ile kaynatılmasıyla metalli ftalosiyanin elde edilmesi de mümkündür. Uç grupları aynı olan ftalosiyaninler simetrik ftalosiyaninler olarak adlandırılırlar. Farklı uç gruplar bulunduran ftalosiyaninler ise asimetrik ftalosiyaninlerdir. Asimetrik ftalosiyaninler istatiksel kondenzasyon, polimer destekli sentez yöntemi ve subftalosiyaninlerin halka büyümesi yöntemi olmak üzere üç yolla sentezlenebilirler. Son yıllarda fosil yakıtların azalması ve çevreye verdiği zararların yarattığı endişe ile temiz ve yenilenebilir enerjiye olan ihtiyaç artmıştır. Bu doğrultuda sınırsız bir temiz enerji kaynağı olan güneş ve bu enerjiyi elektriğe dönüştürebilen güneş pilleri üzerine olan çalışmalar hız kazanmıştır. Ftalosiyaninlerin bir başka uygulama alanı ise duyarlaştırıcı boya olarak boya duyarlı güneş pillerinde kullanımıdır. Bir güneş pili çeşidi olan boya duyarlı güneş pillerinde ftalosiyaninler yakın kızılötesi bölgede absorpsiyon yapabilmeleri ve yüksek molar absorpsiyon katsayıları sebebiyle organik boya duyarlaştırıcılar sınıfı içinde ilgi çeken malzemeler olmuşlardır. Bu çalışmada, başlangıç bileşikleri olarak 4-(ferrosenilfeniloksi) ftalonitril, 4-(4-karboksifeniletinil)ftalonitril, 4-(karboksi etinil) ftalonitril ve 4-(tert-butil) sülfanil ftalonitril bileşiklerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Ardından [2(3),9(10),16(17)-tris(ferrosenilfeniloksi)-23-(4-karboksifenilasetilenil) ftalosiyaninato] oksotitanyum (IV),[2(3),9(10),16(17)-tris(ferrosenilfeniloksi)-23-(4-karboksiasetilenil) ftalosiyaninato] oksotitanyum(IV), [2(3),9(10),16(17)-tris(4-ter-butilsülfanil)-23-(4-karboksifenilasetilenil)ftalosiyaninato] oksotitanyum(IV), [2(3),9(10),16(17)-tris(4-ter-butilsülfanil)-23-(karboksiasetilenil)ftalosiyaninato] oksotitanyum(IV) asimetrik ftalosiyaninlerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezi gerçekleştirilen ftalosiyaninler kolon kromatografisi ve preparatif TLC yöntemleriyle saflaştırılmıştır. Sentezi gerçekleştirilen bileşiklerin yapısı UV-Vis, FT-IR, 1H NMR, 13C NMR ve kütle spektroskopisi teknikleri kullanılarak aydınlatılmıştır. Sentezlenen oksotitanyum ftalosiyaninlerin boya duyarlı güneş pillerinde duyarlaştırıcı olarak kullanılarak çalışmanın uygulamaları yapılmıştır. Agregasyonu önleyici hacimli gruplar ve boya duyarlı güneş hücrelerinde kullanılan TiO2 katmanına tutunmayı sağlayıcı çapa grubu olarak karboksilik asit fonksiyonel grubu içeren asimetrik oksotitanyum ftalosiyaninlerin uygulamaları için ticari olarak elde edilen YD2 isimli porfirin ile farklı oranda karışımları hazırlanmıştır. Bu karışımları hazırlayarak elektromanyetik spektrumun daha geniş bir alanında hem yakın kızılötesi bölgede hem görünür bölgede absorpsiyon yapabilmeleri ve bu sayede güneş ışığından daha fazla yararlanarak güneş pilinin verimini arttırmak amaçlanmıştır.