TiO2表面吸附有機分子的振動分辨光譜的理論研究.pdf

1、光致電荷轉移是有機染料敏化太陽能電池的核心過程，當光照射在有機染料分子上時，電子被激發(fā)轉移到受體分子半導體上。從微觀上研究染料分子與半導體晶體之間的界面結構和發(fā)生在染料和分子之間的電荷轉移對于進一步認識太陽能電池的工作原理、優(yōu)化太陽能電池的結構、提高太陽能電池的效率、以致設計高效的太陽能電池具有一定的指導意義。因此本論文以有機染料香豆素343吸附到半導體TiO2為例，從理論上研究并預測了C343-TiO2體系界面處的可能構型、光譜和其中

2、的電荷轉移過程。具體而言，本論文分兩部分，前半部分簡單介紹光致電荷轉移過程和光譜的基本原理和計算方法;后半部分以香豆素C343分子吸附在二氧化鈦表面上作為染料敏化太陽能電池的例子，研究了有機分子的光譜性質及其中的電荷轉移過程。得到的結論如下:
　　經過對比優(yōu)化后C343-Ti9O18體系基態(tài)的能量，得知吸附后界面處為雙鍵螯合和單鍵吸附方式的體系更穩(wěn)定。計算所得光譜發(fā)現，無論是普通拉曼光譜，還是共振拉曼光譜都對染料分子C343或C3

3、43-TiO2體系的構型變化非常敏感，因此兩者都可作為指認構型、界面結構的一種有效工具。計算中被證明與實驗值一致的共振拉曼光譜已被用來指認C343可能的異構體和C343-TiO2的構型。經過更進一步的分析得知，無論是純染料分子C343，還是C343-TiO2體系，它們的共振拉曼光譜在低頻區(qū)都具有較高的拉曼強度，而它們的普通拉曼光譜在低頻區(qū)幾乎無可見峰，導致這種情況出現的原因主要是由于體系被激發(fā)后，染料分子片段的環(huán)呼吸振動對激發(fā)態(tài)的影響較

4、大。對體系C343-TiO2的共振拉曼光譜來說，400-1000cm-1（低頻區(qū)）出現的峰，體現的是團簇片段中Ti-O振動與染料分子片段中環(huán)呼吸振動的相互作用。1000-1800cm-1（高頻區(qū)）的峰，主要來自于染料分子C343片段。當然與純染料分子C343的共振拉曼光譜相比，兩者具有顯著的不同。這是由于吸附后電荷的重新分布以及界面處各異的鏈接方式導致的。值得一提的是，對體系C343-TiO2來說，其局域激發(fā)態(tài)的共振拉曼光譜和電荷轉移態(tài)