以芳胺为电子给体的D-π-A有机光敏染料———— 染料敏化太阳电池中的应用*

不含金属的有机染料在染料敏化太阳电池（DSC）中的应用愈加广泛,以芳胺为电子给体的D-π-A分子是其中重要的一类。本文依据芳香胺的结构,将近5年来应用于DSC中一百多个D-π-A分子分成四类,包括：基于N-烷基-苯胺的D-π-A光敏染料,基于三苯胺的D-π-A光敏染料,由包含芴基团的三芳胺构建的D-π-A光敏染料,包含芳胺基团的其它结构类型的D-π-A光敏染料。评述了它们的光电转换性能。     

染料敏化太阳能电池中额外给体引入对经典D-π-A型敏化剂性能影响的理论研究

为了探讨D-D-π-A型染料中双给体对敏化剂性能的影响,本文结合密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TD-DFT)对染料1~4的几何结构、电子结构、吸收光谱、电化学性质、电子复合程度以及半导体导带边缘的移动等进行了对比研究.结果表明,相比于经典的D-π-A型染料分子1,在分子2~4(D-D-π-A型双给体染料)中额外引入给体,尽管对导带能级移动的改变不是很显著,但是可以改变体系的共轭程度,增加染料的光吸收强度.重要的是,额外给体的引入可以显著增加染料阳离子空穴-半导体之间的距离,从而减缓注入电子与染料阳离子的复合;在额外给体中引入杂原子可以使I2聚集在染料外侧,从而降低电解质在半导体表面的局域浓度,进而减缓注入电子与电解质之间的复合速率.因此,通过在经典的D-π-A型染料上引入额外的电子给体构筑D-D-π-A型染料可以有效调节染料的光吸收、电化学及电子复合等方面的性质,是设计合成高性能染料的可行策略.     

染料敏化太阳能电池中meso-D-π-A卟啉分子设计的最新研究进展

与已经商业化的硅太阳能电池相比,染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSC)因制备工艺简单、成本低和较高的光电转换效率而成为研究的热点。本文从设计D-π-A卟啉染料的思路出发,阐述了DSC中meso-卟啉染料的给体、取代基、π桥及受体对其性能的影响。     

以芳胺为电子给体的D-π-A有机光敏染料———— 染料敏化太阳电池中的应用

不含金属的有机染料在染料敏化太阳电池（DSC）中的应用愈加广泛,以芳胺为电子给体的D-π-A分子是其中重要的一类。本文依据芳香胺的结构,将近5年来应用于DSC中一百多个D-π-A分子分成四类,包括：基于N-烷基-苯胺的D-π-A光敏染料,基于三苯胺的D-π-A光敏染料,由包含芴基团的三芳胺构建的D-π-A光敏染料,包含芳胺基团的其它结构类型的D-π-A光敏染料。评述了它们的光电转换性能。     

新型四硫富瓦烯-三苯胺类光敏染料理论研究（英文）

在简单结构的D-π-A三苯胺光敏染料(YD1)中引入不同数量的四硫富瓦烯(TTF)单元作为次级电子给体以增强有机光敏染料的给电子能力,设计了两个结构分别为D-D-π-A(YD2)以及2D-D-π-A(YD3)的光敏染料分子,并且采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)分别模拟计算了纯光敏剂分子及其吸附二氧化钛团簇后的几何构型、电子结构以及光物理性能。采用周期性密度泛函理论模拟计算光敏染料分子在二氧化钛(101)面吸附的表面形貌以及态密度(DOS)。计算结果表明,TTF单元的引入不仅可以有效减少光敏染料分子的团聚,还可以提升其吸收性能。此外,光吸收效率(LHE)、电子注入驱动力(ΔG~(inject))以及DOS的计算结果显示,YD2和YD3理论上可以呈现出比YD1更高的短路电流密度(J_(sc))以及开路电压(V_(oc))。因此,通过本文的理论研究表明,TTF单元可以作为有机光敏染料中的次级电子给体来改善光敏染料的性能。     

新型含有多氰基受体单元的近红外敏化染料的合成及其光伏性能研究

本文分别以三苯胺、二甲基苯胺和吲哚啉单元为电子给体,设计并合成了3个新型D-π-A体系近红外敏化染料分子5C-1、5C-2和5C-3,并对其结构进行了表征,详细研究了在溶液中以及吸附到电极上的吸收光谱.该系列敏化染料在550—850 nm之间具有较强的吸收,尤其5C-3的吸收边带已达到954 nm.当该系列敏化染料吸附到TiO₂上时,吸收边带大幅红移,显示有利于染料捕获长波段区域的太阳光.通过循环伏安法,测定了染料的电化学性质,发现该系列敏化染料的最低未占有轨道(LUMO)能级与TiO₂导带并不匹配,因此选用导带能级更正的SnO₂作为阳极半导体材料进一步测试了该系列染料的光电性能,以发展具有优良性能的长波段响应的近红外敏化剂.     

两亲性D-π-A型有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了6个带有烷基链的D-π-A型有机光敏染料应用于染料敏化太阳能电池. 发现长链烷基有利于电池开路光电压的提高. 利用脂肪酸共敏化可进一步提高染料分子的敏化效果, 且提高的程度与脂肪酸的链长有重要关系.     

PVK与新型D-π-A分子掺杂体系的能量转移及发光性质

通过对PVK与4种新型D-π-A分子(分别简写为CKD, TKD, PKD, NKD)掺杂体系的吸收光谱、激发光谱和光致发光光谱的研究, 分析了掺杂体系的光致发光特性和能量转移现象. 制备了结构为ITO/PEDOT/PVK∶D-π-A ω/Alq3/Al的电致发光器件, 研究了掺杂体系的电致发光性能. 研究结果表明, 通过改变D-π-A分子中不同给电子能力的电子给体, 可以调控其带隙, 进而实现对D-π-A分子发光峰位的调节; 给电子基团空间立构效应越高, 其荧光量子效率越高. 在掺杂体系的光致发光和电致发光中, PVK与D-π-A分子之间都发生了有效的能量转移, 通过调节PVK与D-π-A分子的比例, 可以调节掺杂体系的发光性能. 当TKD在PVK中的掺杂质量分数为6％时, 电致发光器件发光亮度为729.1 cd/m2时, 发光效率达到1.75 cd/A.     

以咔唑为π-桥的D-π-A型有机染料分子的合成与性能

本文分别以三苯胺、N-苯基咔唑和吲哚[3,2,1-jk]咔唑为给体,选择3,6-和2,7-位连接的咔唑为π-桥与氰基乙酸受体键连合成了两个系列共6个D-π-A型染料分子,研究了以它们为光敏剂的染料敏化太阳能电池器件的光伏性能.通过对比发现,给体单元相同的染料分子,以2,7-位连接的咔唑为π-桥时其共轭骨架的π-电子离域比3,6-位连接更好,因而其分子内电荷转移吸收明显变宽并增强,表现出更好的分子捕光能力,相应电池器件的短路电流密度(J_(sc))更大,展示了更高的光电转换效率;当π-桥相同时,给体单元由三苯胺依次变换为N-苯基咔唑和吲哚[3,2,1-jk]咔唑后,伴随苯环之间的直接键连其分子共平面性增强,氮原子上孤对电子参与共轭的程度增大,这虽有利于给体单元共轭骨架的π-电子离域,但会导致氮原子孤对电子参与的分子内推拉电子效应减弱,影响体系对太阳光的吸收利用,同时刚性共平面骨架加剧了分子间π-π堆积,引起染料聚集而加速载流子复合,从而影响其电池器件的开路电压(V_(oc))和J_(sc),不利于光伏性能的提升.     

用于染料敏化太阳能电池的D5同类物分子设计(英文)

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级提高,又可以使吸收光谱红移,从而既提高染料分子捕获太阳辐射光子的能力,又提高由染料分子的激发态向TiO2电极注入电子的驱动力.在D5分子的骨架上,对称地引入受电子基(—CF3,—F,—CN),可以使染料分子的吸收光谱强烈地红移,从而更有效地利用太阳能.由LUMO能级的提高和吸收光谱的红移来考虑,所设计的D516,D536,D537分子是比D5优秀的同类物分子,其中D516是最好的.单从吸收光谱红移来考虑,所设计的D565,D567,D568分子是比D5优秀的同类物分子,其中D565的吸收光谱有望与太阳辐射光谱更好地匹配.挑选出来的这6种D5同类物分子都是D-π-A(电子给体-共轭π桥-电子受体)结构.这几种分子的光激发引起的最高占据分子轨道(HOMOs)到LUMOs的跃迁是π-π*跃迁,是分子内电荷转移,吸收光谱是电子吸收光谱,位于近紫外-可见光区.D516和D565有望成为比D5更优秀的用于DSSC的非金属有机染料分子.     

新型四硫富瓦烯-三苯胺类光敏染料理论研究

在简单结构的D-π-A三苯胺光敏染料(YD1)中引入不同数量的四硫富瓦烯(TTF)单元作为次级电子给体以增强有机光敏染料的给电子能力,设计了两个结构分别为D-D-π-A (YD2)以及2D-D-π-A (YD3)的光敏染料分子,并且采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)分别模拟计算了纯光敏剂分子及其吸附二氧化钛团簇后的几何构型、电子结构以及光物理性能。采用周期性密度泛函理论模拟计算光敏染料分子在二氧化钛(101)面吸附的表面形貌以及态密度(DOS)。计算结果表明,TTF单元的引入不仅可以有效减少光敏染料分子的团聚,还可以提升其吸收性能。此外,光吸收效率(LHE)、电子注入驱动力(ΔG^inject)以及DOS的计算结果显示,YD2和YD3理论上可以呈现出比YD1更高的短路电流密度(J_sc)以及开路电压(V_oc)。因此,通过本文的理论研究表明,TTF单元可以作为有机光敏染料中的次级电子给体来改善光敏染料的性能。     

D-A-π-A结构染料敏化剂研究进展

D-π-A结构基于对分子内光生电子传输的增强作用而成为了敏化太阳能电池(dye sensitized solar cells,DSSCs)敏化剂设计的主要出发点.D-A-π-A结构的敏化剂是从D-π-A结构出发,在敏化剂的内部引入附加的吸电子基团作为内部电子受体而设计出来的,相比于传统的D-π-A结构敏化剂在性能上具有更大的优势.综述了2012年以来科学家对D-A-π-A结构敏化剂的分子设计及其在DSSCs中的应用性能的研究成果.     

染料敏化太阳能电池中meso-D-π-A卟啉分子设计的研究进展

与已经商业化的硅太阳能电池相比,染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSC)因制备工艺简单、成本低和较高的光电转换效率而成为研究的热点。本文从设计D-π-A卟啉染料的思路出发,阐述了DSSC中meso-卟啉染料的给体、取代基、π桥及受体对其性能的影响。     

含1,3,5-三嗪和三苯胺的二苯乙烯类双光子材料

合成了以三苯胺为电子给体、1,3,5-三嗪为电子受体的新型二苯乙烯类化合物．用吸收光谱、荧光光谱、飞行质谱、核磁共振氢谱和碳谱进行了表征。这些化合物具有大的双光子吸收截面和强的频率上转换荧光,其中,由三个D-π-A结构的发色团形成的三枝状八偶极分子具有最大的双光子吸收截面和最强的双光子荧光。     

D-1-A分子修饰罗丹明底环及对其激发态的影响

通过乙基桥把供电子基团1,8-萘酰亚胺与罗丹明底环羧酸基相连,得到了两种以D-1-A（Donor-Acceptor-Linealkanescompounds）分子修饰罗丹明底环的化合物,并就合成中间体D-π-A（Donor-Acceptor-Tt-conjugatedcompounds）分子中哌嗪供电子基取代溴对1,8-萘酐母体基态和激发态的影响,以及对D-1-A分子修饰罗丹明底环对罗丹明母体D-π-A分子紫外可见吸收光谱和激发态的影响进行了研究。结果表明：用D-1-A分子修饰罗丹明底环时,D（Donorcompound）的给电子能力越强,其吸收强度越大,其吸收紫外光而激发能力越强;在激发态下D-1-A体系发生了分子内能量传递,萘酰亚胺基团发生强烈的荧光猝灭,罗丹明底环接收能量激发罗丹明母体（D-π-A分子）发射特征荧光,D的给电子能力越强,其荧光强度越高。     

D-π-A型四硫富瓦烯衍生物的合成及其性能研究

<正>作为很强的有机电子给体,四硫富瓦烯能够在低电位被可逆氧化,失去一个或两个电子生成相应的正一价阳离子自由基或正二价阳离子．近年来它在众多领域显示出日益重要的作用．本论文设计合成了一系列具有D-π-A和A-π-D-π-A结构的四硫富瓦烯 (TTF)衍生物,系统研究了它们在基态发生分子内电荷转移的可能,并利用外界刺激改     

基于吩噻嗪供体的敏化染料的合成及其光电性质

以吩噻嗪为供体,设计并合成了具有D-A-π-A或D-π-A结构的有机敏化染料2-氰基-3-{5-[7-(10-己基吩噻嗪-3-基)-苯并[1,2,5]噻二唑-4-基]-2-噻吩基}-丙烯酸(CVBTP)和2-氰基-3-{5-[7-(10-己基吩噻嗪-3-基)-2-噻吩基}-丙烯酸(CVTP)。在结构表征的基础上,研究了结构变化对敏化染料的光物理性质、电化学性质和光伏性能的影响。结果表明,在染料CVTP的D-π-A结构链上插入受体苯并噻二唑单元,得到的具有D-A-π-A结构的染料CVBTP的带隙变小,共轭体系变大,光吸收性能得到明显提升。CVBTP、CVTP的HOMO能级分别为-4.83、-4.82eV,LUMO能级分别为-2.85、-2.28eV,均与常见电解质I-/I-3(-4.60eVvs vacuum)和TiO2导带能级(-4.40eVvs vacuum)相匹配,都可用作DSSCs的敏化染料,但与CVBTP相比,CVTP具有更适合的LUMO能级和较好的光伏性能。     

青年化学教师应重视吸引本科同学参与科研工作 ——成都师范学院青年教师邓国伟博士谈科研与本科生培养

正有机π共轭分子因其特殊的结构、光谱性质和电化学性质等被广泛应用于有机太阳能电池、信息存储材料、传感和非线性光学材料等领域。其中,具有D-π-A结构(D为电子给体,A为电子受体)的发色团分子具有较大的微观一阶超极化率(β),是构筑有机电光材料的重要基团。对发     

新型菲并二氧化噻二唑类染料的合成及性能

设计合成了4种以菲并二氧化噻二唑结构为电子受体、三苯胺或N,N-二(4-正丁基苯基)苯胺结构为电子给体的D-A-D型纯有机功能染料5a,5b,6a和6b.利用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱、循环伏安曲线及理论计算对该染料的光学、电化学性质进行了研究.结果表明,染料5a,5b,6a和6b在可见光区域均有较宽的吸收带,其最大吸收波长分别为581,619,644和671 nm.     

两亲性D-п-A型有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了6个带有烷基链的D-п-A型有机光敏染料应用于染料敏化太阳能电池.发现长链烷基有利于电池开路光电压的提高.利用脂肪酸共敏化可进一步提高染料分子的敏化效果,且提高的程度与脂肪酸的链长有重要关系.