功能材料的設計、組裝及其光電性質研究.pdf

1、本論文主要包括兩部分：固態(tài)染料敏化納米晶太陽能電池和金屬離子化學傳感器。 準固態(tài)和固態(tài)電解質在染料敏化太陽能電池中的應用 染料敏化納米晶太陽能電池具有制作簡單、價格低廉等特點，是當前納米技術和光電轉換材料研究的熱點之一。如何進一步提高染料敏化納米晶太陽電池的穩(wěn)定性和光電轉換效率是該電池實際應用亟待解決的重大課題。本部分通過引入介孔材料和納米顆粒構建有機／無機雜化電解質，實現(xiàn)電解質的固化。具體研究包括： 1．我們利

2、用介孔材料的大孔徑所形成的網(wǎng)絡結構為電子傳輸提供通道，并用離子液體代替易揮發(fā)的有機溶劑。以介孔Si02(SBA．15)作為液體電解質的膠凝劑，所形成的準固態(tài)凝膠電解質能夠較好滿足光電轉化的要求。其中，液體電解質組成為：xMb(x=O．3~O．8M)和0．45M1一甲基苯并咪唑(NMBI)，溶劑為1一甲基一3一丙基咪唑碘鹽(MPII)。通過加入不同含量的SBA一15得到凝膠電解質。電化學實驗篩選出的最佳凝膠電解質的組成為0．5M12、0．

3、45MNMBI，3％wtSBA一15，溶劑為MPII。并將其組裝到染料敏化太陽能電池中，得到開路電壓為569mV，短路電流為9．1mA．cm-2，填充因子為67％以及4．3％的光電轉化效率。SBA一15的引入，提高了電池的穩(wěn)定性，700小時之后，效率基本保持不變，而液體電解質組裝的光電池其光電轉化率降低到原來的30％。 2．我們利用分子組裝的原理，采用了親水性的含四氟硼酸根的咪唑室溫融鹽與表面含羥基的二氧化硅能形成F-．．O-H

4、氫鍵且咪唑環(huán)之間存在?！６逊e作用形成的網(wǎng)絡，并通過變溫紅外光譜證實了氫鍵的存在。我們利用這類網(wǎng)絡固化液態(tài)電解質，得到了固態(tài)電解質，并且電解質在高溫下(>80。C)還能保持不流動。將此類電解質用作染料敏化太陽能電池的電解質，發(fā)現(xiàn)利用具有氫鍵網(wǎng)絡支架材料的電解質不僅沒有影響氧化還原電對的傳輸，能得到相對高的光電轉換效率。優(yōu)化得到的電解質組成：0．18M12，13M1．甲基．3．丁基咪唑碘鹽(BMI．I)，0．5MLiI，1M4一叔丁基吡啶

5、(TBP)，5wt％Si02，溶劑為BMI．BF4。在常溫下，可以得到短路電流為8．0mAcm-2，開路電壓為655mV，填充因子為67％，光電轉化效率為4．7％的結果。更重要的是，電池在60。C時還保持有5％的光電轉化效率。且工作1000小時之后，效率基本保持不變，而液體電解質組裝對照的電池僅有最初的30％的效率。 基于脲、硫脲為接受器的金屬離子化學傳感器 化學傳感器具有體積小、費用低、準確等優(yōu)點，因此受到人們的青睞。

6、如何有效地檢測這些重金屬陽離子對于生物化學、環(huán)境科學以及醫(yī)學等都有著重大的意義。本部分主要是引入新的檢測金屬離子的接受器脲和硫脲結構，并通過熒光、紫外等輸出信號來識別金屬離子。主要包括： 1．通過改變推拉電子基團合成和表征了基于萘脲的5個化合物，通過紫外、熒光光譜研究了其對金屬離子的響應。結果表明：當對位連有給電子基團的時候，在溶液中，加入具有氧化性金屬離子(女life3+，Hg2+，Ag+，Cu2+)，在長波方向會有新的吸收峰

7、，因此可以選擇性地識別氧化性金屬離子；當對位連有吸電子基團時，對任何金屬離子都沒有響應；當沒有推拉電子基團或2位連有甲氧基時，只對銅離子有選擇性識別，熒光發(fā)射峰紅移。由此可見，取代基的化學結構、位置都對化學傳感器有明顯地影響。 2．通過改變推拉電子基團合成了3個葸醌脲化合物，研究了這些化合物的光物理性質以及在陽離子存在下的光物理性質。實驗結果表明，對位含有硝基的葸醌脲的化合物對汞離子有選擇性識別。加入汞離子后，光譜發(fā)生了60nm

8、的紅移，可以“肉眼”檢測。并且通過對比實驗初步探討產(chǎn)生現(xiàn)象的原因。 3．合成了2個葸醌硫脲化合物，研究了化合物以及在陽離子存在下的光物理性質。實驗結果表明，對位含有硝基和不含硝基的葸醌硫脲化合物的吸收光譜基本相同，對金屬離子的檢測行為也基本一致。2個葸醌硫脲化合物均能通過肉眼檢測Hg2+和Ag+。加入Hg2+后，發(fā)生了58nm的藍移：有Ag+存在時，458nm的吸收減弱，550nm的吸收增強。并且通過對比實驗和1HNMR可知，化