Synthesis of Silver Nanoparticles by Green Chemistry and Investigation of Photovoltaic Effects on Some Phthalocyanine Compounds

Abstract

Boya duyarlı güneş pilleri için ftalosiyanin bileşikleri önemli bir potansiyel oluşturmaktadır. Bu amaçla yeni ftalosiyanin bileşikleri sentezlendi ve karakterize edildi. Bu yeni ftalosiyanin bileşiklerin fotovoltaik özellikleri hem saf halde hem de gümüş nanopartiküllerin katkılanması ile araştırıldı. Katkılamada kullanılan gümüş nanopartiküller yeşil kimya yöntemi ile altı farklı tür bitki kullanılarak elde edilmiştir. Gümüş nanopartiküllerin sentezinde kullanılan bitki türleri olan Helichrysum italicum(yaprak)( HY-AgNP), Helichrysum italicum(çiçek)( HC-AgNP) Temmuz ayında, Corydalis cava(CoV-AgNP), Nonea pulla(NP-AgNP), Chaerophyllum macrospermum(CM-AgNP) ve Eremurus Spectabilis (ES-AgNP) Mayıs ayında doğadan toplandı. Bitkiler kurutuldu ve belirli boyutlara kadar küçültüldü. Sonra bitkilerin özütleri, ektraktsiyon yöntemiyle çıkartıldı. Bitki özleri, hazırlanan 1 mM AgNO3 çözeltisi ile 1:20 oranında karıştırılarak hem güvenilir hem de çevre dostu bir teknik olan yeşil sentez yöntemiyle gümüş nanopartiküller sentezlendi. Sentezlenen HY-AgNP, HCAgNP, CoV-AgNP, NP-AgNP, CM-AgNP ve ES-AgNP'lerin yapısı UV-vis spektroskopisi, XRD, FTIR, TEM gibi tekniklerle karakterize edildi. Ftalosiyanin sentezleri için önce bir adet başlangıç maddesi olarak benzil 2-(2- (3,4-disyanofenoksi) fenoksi) benzoat bileşiği(4) sentezlendi. Bu başlangıç bileşiğinin çinko(II) klorür tuzu ile reaksiyonundan 2, 10, 16, 24-tetrakis (benzyl 2-(2-(3,4- dicyanophenoxy) phenoxy) benzoate phthalocyaninato) zinc(II) (5) elde edildi. Bis (3- kloropropanoat) ftalosiyaninato silisyum (IV) (6) bileşiği SiPcCl2 ile 3-kloropropiyonik asidin reaksiyonundan elde edildi. Bis - (2-(4-metiltiyazol-5-il) etoksi) ftalosiyaninato silisyum (IV) (7) bileşiği ise SiPcCl2 ve 4-metil-5-tiyazoletanol ile reaksiyonundan elde edildi. Bu yeni ftalosiyanin bileşiklerinin karakterizasyonu FT-IR, UV-vis, Kütle ve NMR spektroskopisi ile yapılmıştır. Son aşamada ise ftalosiyaninlerin hazırlanan AgNP'ler ile katkılanarak elde edilen hibrit karışımların saf ftalosiyanin bileşiklerine göre değişen fotovoltaik özellikleri incelendi. Anahtar kelimeler: AgNP, Boyaya duyarlı güneş pilleri, DSSC, Fotovoltaik hücreler, Ftalosiyanin, Nanoteknoloji, Nanopartikül, Yeşil sentez

Phthalocyanine compounds constitute an important potential for dye-sensitised solar cells. For this purpose, new phthalocyanine compounds were synthesised and characterised. The photovoltaic properties of these new phthalocyanine compounds were investigated both in pure form and by doping with silver nanoparticles. The silver nanoparticles used in doping were obtained by green chemistry method using six different types of plants. The plant species used in the synthesis of silver nanoparticles, Helichrysum italicum (leaf) (HY-AgNP), Helichrysum italicum (flower) (HC-AgNP) were collected from nature in July, Corydalis cava (CoV-AgNP), Nonea pulla (NP-AgNP), Chaerophyllum macrospermum (CM-AgNP) and Eremurus spectabilis (ES-AgNP) in May. The plants were dried and reduced to certain sizes. The extracts of the plants were then extracted by the extraction method. The plant extracts were mixed with the prepared 1 mM AgNO3 solution in a ratio of 1:20 and silver nanoparticles were synthesised by green synthesis method, which is both reliable and environmentally friendly technique. The structure of synthesised HY-AgNP, HC-AgNP, CoV-AgNP, NP-AgNP, CM-AgNP and ES-AgNPs were characterised by UV-vis spectroscopy, XRD, FTIR, TEM. Benzyl 2-(2-(3,4-dicyanophenoxy) phenoxy) benzoate compound (4) was synthesised as a starting material for phthalocyanine synthesis. From the reaction of this starting compound with zinc(II) chloride salt, 2, 10, 16, 24-tetrakis (benzyl 2-(2-(3,4- dicyanophenoxy) phenoxy) benzoate phthalocyaninato) zinc(II) (5) was obtained. Bis(3- chloropropanoate) phthalocyaninato silicon(IV) (6) was obtained from the reaction of SiPcCl2 with 3-chloropropionic acid. Bis-(2-(4-methylthiazol-5- yl)ethoxy)phthalocyaninato silicon (IV) (7) compound was obtained from the reaction of SiPcCl2 and 4-methyl-5-thiazolethanol. These new phthalocyanine compounds were characterised by FT-IR, UV-vis, mass and NMR spectroscopy. In the last step, the photovoltaic properties of the hybrid mixtures obtained by doping phthalocyanines with prepared AgNPs were investigated in comparison to pure phthalocyanine compounds. Keywords: AgNP, Dye-sensitised solar cells, DSSC, Photovoltaic cells, Phthalocyanine, Nanotechnology, Nanoparticles, Green synthesis