卟啉配位自組裝染料敏化太陽能電池.pdf

1、在自然界中,葉綠素(核心部分是一個卟啉環(huán))是一類與光合作用有關(guān)的重要的色素,它能從光中吸收能量,然后能量被用來將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?具有較高的光轉(zhuǎn)化效率。因此,卟啉類衍生物作為染料用于染料敏化太陽能電池受到了越來越的重視。本論文以一系列卟啉衍生物作為染料,通過金屬-配體軸向以及金屬-配體側(cè)向配位組裝方式將這些卟啉染料敏化在二氧化鈦納米晶結(jié)構(gòu)表面,并研究了不同的卟啉衍生物、金屬連接體、組裝方式以及含 N有機(jī)酸結(jié)構(gòu)對染料電池性能的影響

2、,從而得到最優(yōu)的條件。主要的結(jié)論如下:
　　1、我們成功地設(shè)計合成了一系列含N雜環(huán)卟啉染料以及它們相應(yīng)的配位聚合物,通過金屬-配體軸向以及金屬-配體側(cè)向配位組裝方式將這些染料敏化在二氧化鈦電極表面,通過SEM、AFM以及理論結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析表征了這些組裝體在電極表面的結(jié)構(gòu),并對它們相應(yīng)電池器件的光電性能進(jìn)行了研究。光電結(jié)果表明:(1)相對于四吡啶基和四苯并咪唑基卟啉,四咪唑基卟啉無論是軸向還是側(cè)向組裝都表現(xiàn)出較好的光電轉(zhuǎn)化效率;(2)

3、軸向配位組裝光電性能優(yōu)于側(cè)向組裝方式;(3)更有意思的是卟啉Hg配位聚合物表現(xiàn)出了更好的光電性能,特別是四咪唑基卟啉Hg聚合物。這些光電性能結(jié)果進(jìn)一步通過膜紫外、熒光以及這些組裝體的HOMO/LUMO能級間隙以及電子分布情況進(jìn)行了表征。
　　2、我們又設(shè)計合成了一系列溶解性較好的酰腙卟啉染料以及它們相應(yīng)的聚合物,通過金屬-配體軸向配位組裝方式將這些染料敏化在二氧化鈦電極表面,通過SEM、AFM以及理論結(jié)構(gòu)優(yōu)化表征了這些組裝體在電極

4、表面的結(jié)構(gòu)。光電結(jié)果表明:相對于酰腙基卟啉組裝體,酰腙卟啉Zn配位聚合物組裝體表現(xiàn)出較好的光電轉(zhuǎn)化性能。除此之外,為了探究含 N有機(jī)酸配體中不同長度以及不同羧酸集團(tuán)個數(shù)對他們相應(yīng)電池性能的影響,我們設(shè)計了六中不同的有機(jī)酸配體,并對它們的組裝結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和測試。光電結(jié)果表明:含有較短的臂長以及單酸集團(tuán)的異煙酸所形成的組裝體表現(xiàn)出較好的光電轉(zhuǎn)化性能。以上結(jié)果也進(jìn)一步通過它們相應(yīng)的膜紫外、熒光以及這些組裝體的HOMO/LUMO能級間隙

5、以及電子分布情況進(jìn)行了表征。
　　3、為了探究不同的含 N有機(jī)酸配體以及金屬離子對金屬-配體側(cè)向組裝方式形成的組裝體性能的影響,我們設(shè)計了一系列通過不同金屬橋連酰腙基卟啉和有機(jī)酸配體形成的金屬-配體側(cè)向配位的組裝體,并對這些組裝體的結(jié)構(gòu)利用SEM、EDAX以及理論結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了表征。光電結(jié)果表明:金屬M(fèi)n、Cd和有機(jī)酸(E)-4-[(吡啶-4-亞甲基)-氨基]苯甲酸所形成的組裝體表現(xiàn)出較好的光電轉(zhuǎn)化性能。這些結(jié)果進(jìn)一步通過膜紫外、