卟啉配位自組裝染料敏化太陽(yáng)能電池.pdf

1、在自然界中,葉綠素(核心部分是一個(gè)卟啉環(huán))是一類(lèi)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(lái)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(lèi)衍生物作為染料用于染料敏化太陽(yáng)能電池受到了越來(lái)越的重視。本論文以一系列卟啉衍生物作為染料,通過(guò)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(duì)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(jì)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)于四吡啶基和四苯并咪唑基卟啉,四咪唑基卟啉無(wú)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(guò)膜紫外、熒光以及這些組裝體的HOMO/LUMO能級(jí)間隙以及電子分布情況進(jìn)行了表征。
　　2、我們又設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)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(duì)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(zhǎng)度以及不同羧酸集團(tuán)個(gè)數(shù)對(duì)他們相應(yīng)電池性能的影響,我們?cè)O(shè)計(jì)了六中不同的有機(jī)酸配體,并對(duì)它們的組裝結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征和測(cè)試。光電結(jié)果表明:含有較短的臂長(zhǎng)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(guò)它們相應(yīng)的膜紫外、熒光以及這些組裝體的HOMO/LUMO能級(jí)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(duì)金屬-配體側(cè)向組裝方式形成的組裝體性能的影響,我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列通過(guò)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(duì)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(guò)膜紫外、