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关键词： 钛片基染料敏化太阳能电池   准固态电解质   锐钛矿   金红石   分等级结构  

摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型可替代硅基太阳能电池的光伏器件,其成本低,效率高,制备工艺简单的优点使其备受研究者关注。但是常规DSSC采用的导电玻璃基底不能弯曲且质量重,)限制了 DSSCs的大规模生产以及应用范围。因此,研发柔性DSSCs成为该领域的热点课题之一。另外,传统的液态电解质在柔性DSSCs中存在泄漏、透明度较低、溶剂易挥发、导致染料分解和Pt电极腐蚀等问题,影响电池效率和寿命。为此,本论文研发了不含碘单质（I2）的离子液体（IL）凝胶电解质和各种锐钛矿及金红石的分等级结构,并探讨其对Ti片基准固态DSSCs的光电化学性能的影响。获得的主要实验现象和研究结论归纳如下:1.以PEO和（或）PEG为胶凝剂制备了 一类新型不含I2的IL凝胶电解质。在该类IL凝胶电解质中,较高的PEG/PEO质量比可提高电解质的透光率、电导性以及在TiO2多孔膜内的渗透性,利于钛片基准固态DSSCs的光吸收和Jsc值的改善;而较低的PEG/PEO质量比有利于降低电荷复合和暗电流,从而可提高DSSCs的Voc和填充因子。上述影响综合作用的结果是,以PEG/PEO质量比为1/3的电解液B组装的钛片基准固态DSSCs的效率最高（6.44%）。该类IL凝胶电解质可有效避免传统含I3-/I-电对的液态电解质的较强可见光吸收、溶剂易挥发和对Pt电极的腐蚀等问题,是一类高效、稳定的新型电解质,在金属基柔性DSSCs方面具有良好的潜在应用前景。2.以商品TiO2纳米粉体（P25）为原料,采用碱溶液水热反应和后处理相结合的方法合成了具有分等级结构的锐钛矿TiO2微球（AMS）。该AMS微球平均直径为～5μm,由直径<10 nm的纤维状TiO2纳米管堆积和缠绕形成疏松、多孔的三维网络状结构,比表面积高达～160m2g-1。AMS分等级微球结构可以提供较大的染料吸附表面积,同时膜内较大的孔径也有利于粘度较高的IL凝胶电解质在TiO2多孔膜内的渗透。其中的纤维状纳米管可为电子传递提供良好的的路径,减少膜内电荷复合。以之为光阳极材料制作的钛片基准固态DSSCs效率达到了 7.16%,高于同等条件下制作的P25基DSSCs效率（5.34%）,显示出良好的应用前景。3.采用两步水热法在钛片上直接合成了包覆有直径为～10 nm,壁厚约2-3 nm的锐钛矿纳米管（ANT）自组装薄层的金红石海胆状微球TiO2膜（RMS/ANTx）,其比表面积最高可达106.9m2g-1。在RMS微球及其膜表面新形成的锐钛矿纳米管（ANT）自组装薄层,不仅可提供更大的比表面积和孔体积以利于染料负载,还改善了钛片与RMS微球膜层之间以及膜内微球间的电接触,从而克服了单纯的RMS膜所存在的比表面积小、电子电导率低等缺陷,有效地改善了 DSSCs效率。其中,RMS/ANT3膜电极组装的钛片基准固态DSSCs效率为5.42%,远高于单纯的金红石微球膜（RMS）基DSSCs效率（0.73%）。上述研究拓宽了适用于钛片基准固态DSSCs光阳极的材料范围,为高效和廉价的钛片基准固态DSSCs的光阳极材料及其制备技术的探索提供了一条新的思路。4.以上述钛片基RMS膜为光散射层,在其上预先旋涂稀释的TPP3浆料（sTPP3）,然后刮涂TPP3浆料（bTPP3）制备了 RMS/sTPP3/bTPP3膜电极。发现RMS膜在可见光区（400-800 nm）的光散射能力优于钛片基底,由其组装的钛片基准固态DSSCs的效率高达7.27%。与单一TPP3膜基DSSCs相比,电池效率提高了 22%。在RMS膜上旋涂一层稀释的TPP3浆料（sTPP3）有利于发挥RMS膜的光散射优势,提高钛片基DSSCs的光伏性能。其主要作用在于填充RMS膜中的纳米棒之间较大的空隙,提高bTPP3膜层和RMS膜的电接触,降低膜电极的内阻和电荷复合几率,促进从bTPP3膜到钛片基底的电子传输。该研究结果在探索钛片基准固态DSSCs的新型、高效光散射层材料及其膜电极的构型优化策略等方面具有一定的理论指导意义。

关键词： 香豆素类衍生物   取代基效应   密度泛函理论   荧光淬灭   TD-DFT计算  

摘要： 香豆素类衍生物由于其荧光量子产率高,光稳定性好,生物兼容性好等优良的光学和生物性能,因此被广泛地应用于荧光染料及探针还有医药等领域。为了能更简便以及得到更多的有机荧光小分子染料和探针,因此寻找更简便方法来合成不一样的香豆素类荧光分子还是非常重要的。本论文通过香豆素类衍生物设计合成了几种由香豆素作为发色团的荧光染料及探针,并将此含有香豆素结构的化合物进行光谱性质的测试及理论研究。本论文围绕香豆素类荧光化合物的合成及光谱性质展开了研究。具体研究内容主要有以下三个方面:第一方面:以4-氨基香豆素,1,3-环己二酮和取代的苯甲醛为原料,通过一锅煮的方法直接合成5个不同取代基的香豆素类荧光小分子化合物,并通过核磁共振氢谱(1HMNR)及碳谱(13CMNR)表征了结构。将香豆素类荧光分子4进行紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱的研究,发现不同的溶剂对荧光分子的荧光性能会产生一定的影响,而在DMSO溶剂中荧光强度及荧光量子产率达到最大。他们的吸收峰大都在375 nm,荧光发射峰在445 nm左右,因此斯托克斯位移可达到70 nm。此外,其中4个取代基为推电子基的荧光分子的荧光强度及荧光量子产率很高,尤其是化合物4e,荧光量子产率达到了0.83。然而当取代基为吸电子基硝基的荧光分子的荧光强度及荧光量子产率却很低,化合物4b的荧光量子产率仅仅只有0.014。这些荧光化合物在不同的pH环境中也表现出了不同的现象,当pH呈酸性和中性时这些荧光分子在365 nm紫外灯下呈现蓝色的荧光,吸收峰为375 nm,发射峰为450 nm,斯托克斯位移为75 nm;而当pH呈碱性时,呈现出的却是黄绿色荧光,吸收峰为450 nm,发射峰为540 nm,斯托克斯位移为90 nm。可以看出,pH从酸性到碱性无论是吸收峰还是发射峰都发生了很大的红移,斯托克斯位移也增大了很多。最后通过密度泛函理论优化了5个荧光分子的结构以及计算了其吸收波长和发射波长,并且验证并解释了不同取代基效应的现象。第二方面,以4-氨基香豆素,1,3-环己二酮和取代的水杨醛为原料,通过简单地一锅煮绿色合成方法直接合成1个香豆素类荧光小分子化合物,产率高达87.3%,并通过核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)及质谱高分辨(HR-ESI/MS)表征了结构。通过对该物质的紫外-可见光光谱及荧光发射光谱的研究,发现该物质在不同的溶剂中表现出了相同的吸收光谱(λabs=375 nm),但荧光强度不同。通过该分子在不同金属离子的环境下进行荧光性能的测试,发现当三价铁离子存在时,该分子的荧光强度几乎没有,处于淬灭状态,同时进行了其他金属的干扰性实验,发现无影响,因此突出了该荧光探针的专一性。然后对该分子在碱性环境下进行荧光性能测试,发现在碱性环境下处于淬灭状态。最后通过化学计量学,探究了分子在铁离子以及碱性环境下的淬灭机理,并且通过计算化学,利用密里根电荷布居常数来验证了该探针与铁离子结合时发生了电荷转移。第三方面,通过4-氨基香豆素,茚酮和取代的苯甲醛为原料,通过一锅煮的方法直接合成4个不同取代基的香豆素并茚酮结构的荧光化合物,并通过核磁共振氢谱(1H NMR)及碳谱(13C NMR)表征了结构。论文通过研究四个化合物在不同溶剂中的吸收波长、发射波长、荧光量子产率及荧光强度确定了在DMF中荧光量子产率及荧光强度达到了最大。在DMF中化合物的荧光量子产率可以达到89%,激发光谱及发射光谱分别为308 nm和417 nm,因此在DMF中,此物质的Stocks位移达到了109 nm。同时,也对不同取代基时的荧光性质进行了研究。发现当取代基不同时对其吸收光谱及发射光谱的影响都不大,吸收光谱在308 nm左右,而发射光谱在420 nm左右。而当取代基为吸电子基硝基的时候其荧光强度达到最小,而无取代基的时候荧光强度达到最大。另外,本文还研究了荧光强度与化合物浓度的关系,我们发现当化合物溶液的浓度越来越大的时候,荧光强度却越来越小,但吸收波长和发射波长都没有发生移动,最后通过计算化学TD-DFT验证了实验测得的发射光谱、吸收光谱,而且也计算出跃迁能级以此来探讨该化合物的荧光性质。

关键词： 铼(Ⅰ)配合物   几何结构   光谱性质   密度泛函理论   染料敏化剂分子  

摘要： 在能源危机不断加深的今天,化石能源不可再生。氢能源的利用也存在着一定的难题,风能、核能的利用难以大面积的推广。太阳能作为一种可再生资源,具有优秀的稳定性和良好的转换效率,环保、安全、成本低等优点。近些年来,科研工作者对染料敏化太阳能电池（DSSC）进行了广泛的研究。但是,染料敏化太阳能电池对太阳能的转化率仍然较低,其中染料敏化剂在光电转化过程中起着至关重要的作用。因此,设计开发高效率的染料敏化剂对提高染料敏化太阳能电池的效率十分关键。目前,含钌（Ⅱ）配合物的染料敏化剂研究广泛,而对于铼（Ⅰ）配合物的研究较少。另外,铼（Ⅰ）配合物具有稳定的化学和光化学性质、较长的激发态寿命、较好吸收光的能力等优点。所以,对铼（Ⅰ）配合物的研究有利于提高新型染料敏化剂的性能。本文主要研究内容是通过改变配体结构从而设计开发高效能含三羰基铼（Ⅰ）配合物的染料敏化剂分子。主要工作是利用量子化学计算方法,从分子的微观电子结构出发、考虑溶剂化作用,深入研究讨论了染料分子的基态、激发态和在二氯甲烷溶剂中吸收光谱的特性,以及对影响染料敏化太阳能电池效率相关参数的讨论,进而从实质上阐述了几何结构与光电性质的关系,达到预测新型敏化材料性能的目的。具体研究内容如下:（1）用DFT/TD-DFT方法对改变配体上羧基数目和位置的不同研究了Re（CO）3ClL(L=5-[{2-[4,5-Bis（methylthio）-1,3-dithiol-2-ylidene]-5-（methylthio）-1,3-dithiol-4-yl}hio]-methyl-2,2'-bipyridine;a),和Re（CO）3Cl（HnnapyTTF）(napy=naphthyridine;TTF=Tetrat hiaflvalene;b)两种分子的光电性能。研究表明,改变羧基的数目和位置较大程度的影响前线分子轨道的性质,特别是对最低空轨道（LUMO）影响较大,从而改变它的光吸收能力和电子传输的能力,进而影响DSSC的工作转换效率。新设计的染料敏化分子a3和a6、b2和b5更利于提高DSSC的光电转换效率。（2）通过设计改变X取代基团的种类,研究了Re（CO）3X（L）(L代表桥架,如:乙烯,噻吩等)分子的光电转换性能。结果表明,X取代基的给电子能力越强,HOMO轨道能级值增加,使得HOMO-LUMO的能级差减小,特别是,染料分子1-3。另外,光吸收能力增加顺序–CN（1）<-Cl（3）<-CoCH（2）与X给电子增强能力顺序一致,且染料分子2红移效果明显,有助于电子的入射,同时利于提高DSSC的效率。

关键词： 染料敏化太阳电池   乙二醇单甲醚   醚化反应   TiO2微米球   空心分级结构TiO2  

摘要： 作为染料敏化太阳电池（DSSCs）的光阳极,TiO2纳米半导体薄膜性能的好坏直接影响着电池中染料的吸附、入射光的利用以及光生电子的收集与传输,进而影响了电池的光电转换效率。在众多形貌的TiO2纳米材料中,由纳米颗粒、一维纳米材料或二维纳米材料等构成的分级结构TiO2同时具备了高比表面积和高光散射性,因此当其作为光阳极被用于DSSCs中时,可以显著提高光散射能力,增加染料的负载量以及促进电子的收集与传输。基于此,在本论文的工作通过合成分级结构TiO2并应用于DSSCs中,来达到提升电池光电性能的目的。在本论文的工作中,我们选择简单有效的无模板一步溶剂热法作为合成方法,并且首次引入了乙二醇单甲醚建立溶剂体系展开对分级结构TiO2合成的研究。通过电喷雾质谱、核磁氢谱以及傅里叶红外光谱等手段,首次证明了在溶剂热过程中,乙二醇单甲醚会发生自身的醚化反应而脱去水,而脱去的水又会跟钛醇盐发生水解反应,从而形成TiO2。由于钛醇盐快速水解的性质,往往很难合成出均匀单分散的分级结构TiO2材料。因此我们将乙二醇引入到乙二醇单甲醚溶剂体系中来制备分级结构TiO2。由于乙二醇会与钛醇盐发生配位作用,生成稳定的配位化合物,故成功地抑制钛醇盐的水解速率。通过对混合溶剂中成分比例调节实验,我们发现乙二醇越多,抑制水解的能力就越强,水解的速度就越低。因此我们通过控制乙二醇含量实现了对水解速度的控制,进而控制了产物形貌。最后通过对比例调节,合成了均匀单分散的TiO2微米球。当异丙醇被引入到乙二醇单甲醚的溶剂体系中来合成TiO2时,得到的产物具有非常奇特的形貌,同时是空心结构。通过设计时间独立实验,证明了该空心的分级结构是遵循奥斯瓦尔德熟化的机制而演变形成的。合成的TiO2微米球和空心结构TiO2均表现出了较高的结晶性,较大比表面积以及较窄的孔径分布。用它们作为光阳极制备的DSSCs,相对于TiO2小颗粒,它们显示出了更强的光散射能力、更大的染料负载量以及更好的电子传输性能,最终改善了电池的光电性能。

关键词： 染料敏化太阳能电池   电子复合   扭曲结构   光伏性能  

摘要： 化石燃料的燃烧带来巨大的环境污染问题,人类致力于太阳能的开发。染料敏化太阳能电池（DSSCs）由于其成本低、制备工艺简单、较高的光电转换效率而备受关注。有机染料是DSSCs的重要组成部分,因此,本论文工作主要涉及有机芳胺类光敏剂的设计、合成,以及光伏性能研究。在三芳胺给体单元引入侧链,能够有效的对能级进行调整,并有效的抑制电子复合、染料聚集,提高染料再生驱动力,从而达到提高DSSCs光伏性能的目的。本论文共合成四种D-π-A型有机染料:M41、M58-60,以烷氧基三芳胺和三聚茚-咔唑三芳胺为供电基团,二噻吩吡咯为π-桥,氰基乙酸为受电基团。对其中重要中间体及染料进行了结构表征,测试了染料的光物理性能、电化学性能及DSSCs的光伏性能,并对DSSCs的电子浓度（ee）、电子寿命（IMVS）、阻抗（EIS）进行了研究。测试结果表明:（1）当在三芳胺上引入烯键HEYB（M59/M60）时,三苯胺与π桥间的二面角适当变大,HOMO下移,提高了染料的再生效率,更好的抑制电子复合和染料聚集;（2）无论是在碘电解质还是在Co-phen中,引入烯键后,DSSCs的光伏性能有明显的提高;（3）无论三苯胺供电基是大体积的己基三聚茚还是小体积的甲氧基苯,烯键的引入对光电性能的影响都是正性的;（4）在AM1.5标准光源下,M60在Co-phen电解质中光伏性能最好,光电转换效率为9.75%。

关键词： 染料敏化太阳能电池   X-射线光电子能谱   吩噻嗪   电子供体   固定基团   电荷复合  

摘要： 能源危机的日益加重促使人类加快对新能源的研究与开发,目前染料敏化太阳能电池(DSSC)由于其价格低廉,光电转化效率高,轻便,易做成柔性器件以及建筑一体化易于实现而成为最有前途的光伏技术。自1991年Gratzel小组报道了突破性进展之后,DSSC的研究开始受到了广泛的关注,全球众多的课题都在努力提高DSSC的光电转化效率(PCE)以及稳定性。目前基于钌吡啶以及卟啉类染料的最大光电转化效率分别为11.9%和13%,而基于有机染料的光电转化效率已经达到14%,因此有机染料为进一步提高DSSC的效率提供了新途径。有机染料由于其轻便,多样性,易合成,来源广泛以及易建筑一体化而受到了广泛的关注,但是其结构与性能间的构效关系仍不是十分的明确,而一般较为有效的敏化剂均采用了 D-π-A构型,因此本文设计了一系列新的该类型染料,分别优化组成染料的供体,π桥以及受体三个部分,考察结构调整对染料性能的影响,进而寻找结构影响性能的一般规律。具体分以下三个部分:(1)采用三苯胺为供体通过调节π桥合成了 ZHG1、ZHG2、ZHG3和ZHG4四种新的染料。对比敏化剂ZHG1和ZHG2的PCE,在引入乙炔基之后ZHG2的PCE被提高到了6.1%,但是在敏化剂ZHG3中继续引入生色团4,8-二正辛基-苯并[l,2-b:4,5-b']二噻吩进一步提高连接体的共轭程度发现体系的PCE反而下降至4.6%。在敏化剂ZHG4希望通过噻吩替换与固定基团相连的苯环提高共轭性从而提高电池性能,但是发现ZHG4的PCE却进一步下降到了 4.3%。理论计算表明敏化剂ZHG3和ZHG4电子云主要分布在远离固定基闭的苯并噻二唑上。循环伏安测试表明敏化剂ZHG3和ZHG4的LUMOs能级要比ZHG1和ZHG2要低。这些结果均会影响敏化剂ZHG3和ZHG4激发态电子注入到TiO2导带的效率。X-射线光电子能谱(XPS)测试表明染料ZHG1、ZHG2、ZHG3和ZHG4在光阳极表面负载的厚度分别为16 A、18 A、27 A和24 A。因此染料在TiO2表面吸附倾斜角大小顺序为ZHG1>ZHG2>ZHG4>ZHG3,倾斜角越小则染料越垂直于光阳极,相应的分子间的π-π聚集效应更加严重,因此π桥过长的敏化剂ZHG3和ZHG4相对与敏化剂ZHG1和ZHG2具有更加严重的π-π聚集效应。由此注入效率较低以及π-π聚集效应加重这两方面是造成敏化剂ZHG3和ZHG4光电性能下降的主要原因。因此这部分工作证实在电子注入效率,分子间π-π聚集效应以及拓宽光谱吸收范围之间寻找到平衡是提高DSSC性能的关键。(2)通过逐步增加辅助供体的空间位阻而合成ZHG5、ZHG6和ZHG7三种包含吩噻嗪的敏化剂。基于这三种敏化剂的DSSC光电转化效率分别为5.64%、5.32%和2.74%。紫外吸收光谱测试证实摩尔吸光系数随着辅助供体位阻增加而减小。XPS测试证实ZHG5和ZHG6在光阳极表面的吸附倾斜角基本相似,而拥有最大辅助供体的ZHG7吸附倾斜角最小且基本上是垂直于光阳极表面。染料解吸附测试以及XPS测试均表明ZHG6由于空间位阻更大而吸附量小于ZHG5,但是ZHG7由于其几乎以垂直的方式负载在光阳极薄膜上,因此染料ZHG7拥有最大的染料负载量。ZHG6相对于ZHG5(Voc= 730 mV,Jsc =12.63 mA cm-2)由于其更大的辅助供体而具有更大的开路电压(Voc= 734 mV),但是同时相对更小的短路电流(Jsc=12.06mAcm-2)。然而染料ZHG7由于其密集的负载方式导致其更加严重的π-π堆积效应,因此高的π-π堆积效应以及低的摩尔消光系数是染料ZHG7效率最低的原因。因此以上结果也说明过大的辅助供体将减小染料负载角度,提高染料的负载量,但同时会增加π-π堆积效应。(3)固定基团作为染料分子的电子受体,在DSSC效率以及稳定性上都将会起到非常重要的作用。因此开发新的固定基团来提高DSSC的效率以及稳定性不失为一种有效的方法。因此我们通过合成两种含新固定基团的染料(ZHG8、ZHG9)与氰基内烯酸固定基团染料(ZHG7)来予以比较。在敏化剂ZHG8以及ZHG9当中氰基丙烯酸中的氰基分别被替换为乙酰胺基以及吡啶基团。染料解吸附和光电性能测试证实ZHG8(2.33%)在光电转化效率相对于ZHG7(2.74%)只有少量下降的情况下,染料吸附稳定性有很大程度的提高,而ZHG9虽然表现出最强的染料吸附稳定性,但是光电性能却最低(0.37%)。FTIR分析表明ZHG8中的乙酰胺采用了双齿配位模式而ZHG9中的吡啶则与光阳极薄膜上的路易酸位点形成了配位键,因此ZHG8和ZHG9的染料吸附稳定都得到了提高。我们认为这样的结果将会有利于今后设计更加高效和稳定的固定基团。

关键词： 密度泛函理论   吸附   金红石二氧化钛   氰基丙烯酸   富勒烯衍生物   有机染料敏化剂  

摘要： 太阳能电池能够将太阳能转化为电能,从而备受人们的关注。其中,有机太阳能电池的效率主要是由电子给体和受体材料组成的光活性层决定的。而具有较好的电子亲和性与电子传输能力的富勒烯及其衍生物依然是最常见的电子受体材料。染料敏化剂的性质直接关系到染料敏化太阳能电池(DSSCs)的能量转换效率(PCE)。虽然基于钌(Ru)和卟啉类染料敏化剂具有较高的能量转换效率,但钌资源有限且不易于制备以及卟啉类染料提纯困难等问题不利于它们的发展。相比之下,有机染料敏化剂具有高摩尔消光系数,易于结构修饰和提纯等优点,成为提高染DSSCs性能的新希望。染料敏化剂主要通过吸附在半导体表面来发挥作用,其在半导体表面的吸附形态以及覆盖度等都能够影响DSSCs的能量转换效率。所以,理论研究富勒烯衍生物电子受体材料和染料敏化剂的结构、性质以及染料敏化剂在半导体表面的吸附行为和性质具有重要的意义。富勒烯衍生物作为有机异质结中的电子受体材料能够显著地影响有机太阳能电池的能量转换效率。为了研究富勒烯衍生物中富勒烯笼的数目和大小对有机太阳能电池的影响,我们基于密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)计算研究了几个富勒烯衍生物(MP、PCBM、BP、TP和PC71BM)的几何结构、电子结构和相关性质以及光伏参数。研究结果表明富勒烯笼的大小对几何结构参数、能级分布、偶极矩、超极化率和可见光区光吸收性质的影响比富勒烯单元的数目更显著。此外,这些富勒烯衍生物的最低未占据分子轨道能基本相同,而且BP和TP前线分子轨道附近的轨道能分别显示出二重和三重准简并。跃迁组态和分子轨道的分析表明MP、PCBM、PC71BM和TP在可见光区的吸收带是局域激发,而BP则是电荷转移激发。由于这些富勒烯衍生物的最低未占据分子轨道能级相近,使得基于P3HT/MP、P3HT/PCBM、P3HT/BP、P3HT/TP、P3HT/PC71BM混合膜的有机太阳能电池具有相似的开路电压和填充因子。作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)重要组成部分,染料敏化剂的性质直接关系到DSSCs的稳定性和能量转换效率等。除了实验研究外,用理论计算来深入的剖析染料敏化剂的结构和性质也尤为重要。我们用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算研究了D-π-A结构的有机敏化剂C201、C203、C204、C205和设计的有机染料C20x-1、C20x-2、C20x-3、C20x-GF、C20x-GF-BTD的几何结构、电子结构和激发态性质等,这几种染料都是以双二甲基芴苯基为电子给体,但具有不同π共轭桥。计算结果的分析表明,染料C201和C203具有近乎相等的能隙,但随着以“熔合”方式结合的噻吩基数目的增加却降低了染料的光吸收性能,提高了染料注入电子的性能。染料C205的π共轭桥比C204多了一个EDOT基团,使得C205具有更好的光吸收谱,但C204具有更好的电子注入能力和染料再生性能。染料C20x-2和C20x-3的结果表明π共轭桥中引入己基链对染料性能影响很小。染料C20x-1以二己基环戊二噻吩作π共轭桥具有较好的光吸收谱和电荷转移以及电子注入等性能。而染料C20x-GF和C20x-GF-BTD虽然有较低的能隙、较宽的光吸收范围,但缺乏有效的电荷转移激发即从HOMO→LUMO的电子跃迁为局域激发,电子未能有效地转移到受体部分,导致较低的电子注入和染料再生自由能变化量。有机染料敏化剂常用的电子受体(一般情况下还是锚定基团)是含有羧基的基团,所以,研究含羧基的电子受体基团在光阳极表面的吸附可以预测有机染料敏化剂的吸附行为和吸附性质,也是优化染料敏化太阳能电池性能的基础。在染料敏化剂中,α氰基丙烯酸(CAA)是一个典型的常与电子受体相结合的锚定基团。为了解染料敏化太阳能电池中基于CAA的染料敏化剂在金红石二氧化钛(TiO2)光阳极之间的相互作用,我们利用密度泛函理论计算研究了CAA在金红石TiO2(110)表面的吸附构型、能量以及电子性质。研究的结果表明,在金红石TiO2(110)表面CAA更倾向于双配位解离吸附构型,也就是CAA中的两个氧原子沿着[001]方向与表面的两个相邻的五配位钛原子结合,CAA中羟基的氢原子附着在表面最近邻的桥接氧原子上并产生一个羟基。这个最稳定的吸附构型其吸附能是1.480eV。几何结构参数、态密度和电子密度分析表明金红石TiO2(110)表面与CAA之间成键。态密度和倒易空间中Г点轨道特征都说明CAA在金红石TiO2(110)表面的吸附为光诱导电子注入提供了一个可行的模式。

关键词： 染料工业   市场需求分析   述评  

摘要： 介绍我国"十二五"期间染料工业生产能力、产量、品种发展概况和发展形势,讨论"十三五"期间影响染料工业发展的因素及发展方向。

关键词： 光电性能   制氢   有机光敏染料   D-π-A-π-A构型  

摘要： 选择N,N′-二甲基苯胺作为电子给体,乙炔基和苯基作为π桥键,苯并噻二唑基团作为辅助受体,氰基丙烯酸为电子受体设计合成了一个具有D-π-A-π-A结构的有机染料OD2。对该染料的光谱性能和电化学性能进行了研究,并将其用作光敏剂引入太阳能光电转化和光解水制氢领域。当OD2应用于光伏领域:在AM1.5(100 m W?cm-2)的光强下,OD2敏化的电池的光电转化效率(η)为4.40%(短路电流密度(Jsc)=10.58m A?cm-2,开路电压(Voc)=630 m V,填充因子(FF)=0.65);当OD2应用于染料敏化可见光催化制氢领域:在300 W氙灯光源可见光照射10 h,OD2敏化的Pt/Ti O2在p H=7.0,10%(φ,体积分数)三乙醇胺水溶液中的催化转化数(TON)为140,相应的表观制氢量子产率(ΦH2)仅为0.42%。显然,OD2在光电转化领域比可见光催化分解水制氢领域更具有应用潜力。

关键词： 氟化硼   喹啉   苯并咪唑   三苯胺   荧光  

摘要： 以2-甲基-8-苯并咪唑基喹啉和4-甲酰基三苯胺为反应物,合成了硼氟荧光染料,并通过核磁共振氢谱、碳谱、质谱进行了结构鉴定。通过紫外-可见光吸收及荧光光谱测试表明,染料在非极性溶剂(甲苯)中的Stokes位移为96 nm,荧光量子产率为0.638;在极性溶剂(甲醇)中的Stokes位移为162 nm,荧光量子产率为0.003;在固态下呈现较强的荧光,Stokes位移为178 nm。