鋅酞菁類化合物的合成、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(Dye-sensitizedSolarCells，DSSC)是一種成本低、效率高且對環(huán)境友好的太陽能電池，自從上世紀90年代誕生以來便受到許多國家研究人員的高度重視，已展現(xiàn)出非常誘人的應(yīng)用前景。在DSSC體系中，吸附了單層光敏染料的納米多孔半導(dǎo)體電極是其最為核心的部分。光敏染料起著吸收太陽能，并將激發(fā)態(tài)電子注入到納米半導(dǎo)體導(dǎo)帶的作用，是DSSC能獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和長壽命的決定性因素之一。
　　酞菁具有離域π電

2、子大環(huán)共軛體系，有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、獨特的光和電等性質(zhì)。通過改變引入酞菁環(huán)外圍的取代基，可得到性能不同的酞菁類化合物，根據(jù)不同的特點它們能被應(yīng)用到許多領(lǐng)域，其中一些已被應(yīng)用到DSSC中。傳統(tǒng)的酞菁溶解性較差，易集聚，為了增強其溶解性，減少集聚，增大光譜響應(yīng)范圍，本文成功合成了六種新型的鋅酞菁光敏染料，通過引入不同的取代基改變分子的結(jié)構(gòu)，達到提高光物理與電化學性能的目的。
　　由原料4-硝基鄰苯二甲腈、對氨基酚、對羥基苯甲

3、酸、8-羥基喹啉、苯甲醛、對羥基苯甲醛和醋酸鋅等在1,8-二氮雜環(huán)[5,4,0]十一烯-7(DBU)的催化下合成了含芳氧基和席夫堿基團兩大類六種新型鋅酞菁，分別是：2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(異丙氧基)鋅酞菁(IPc)、2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(8-氧基喹啉)鋅酞菁(QPc)、2(3)-[二(對硝基苯基)氨基苯氧基]-9(10),16(17),

4、23(24)-三(8-喹啉氧)鋅酞菁(TQPc)、β-四苯亞甲基氨基鋅酞菁(BPc)、β-四對羥基苯亞甲基鋅酞菁(HPc)、β-四對羧基苯亞甲基鋅酞菁(CPc)。
　　通過紅外光譜、紫外-可見光譜、元素分析和核磁共振氫譜等方法表征了六種鋅酞菁化合物的結(jié)構(gòu)，并分別比較了它們在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液及其敏化的納米TiO2薄膜的紫外-可見光譜。結(jié)合紫外-可見光譜圖、循環(huán)伏安曲線和差分脈沖伏安曲線確定了六種鋅酞菁類化合物的基態(tài)

5、氧化電位和激發(fā)態(tài)電位能級位置，最后測量了由其組裝的DSSC的光伏性能。
　　結(jié)果表明，含芳環(huán)不對稱鋅酞菁在DMF溶液中紫外-可見光譜的Q帶最大吸收峰大約在670-680nm處，而含席夫堿基團鋅酞菁在DMF溶液中紫外-可見光譜的Q帶最大吸收峰大約在710-715nm處，后三種鋅酞菁由于共軛性的增大發(fā)生了較大程度的紅移，六種鋅酞菁敏化的納米TiO2薄膜的紫外-可見光譜紅移現(xiàn)象更為明顯，且吸收帶寬化了許多。六種鋅酞菁染料敏化劑的激發(fā)態(tài)能