两种菁类染料复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学研究

应用光电化学方法研究了两种菁类染料Cy3和Cy5复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为. 结合两种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线, 确定了Cy3和Cy5的电子基态和激发态能级位置. 结果表明两种染料的激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配, 复合敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流, 使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区. 复合敏化降低了染料Cy3在电极吸附时的聚集程度, 使其单色光的转换效率(IPCE)提高了169%, 复合敏化电极总的光电转换效率η为2.09%, 分别是Cy3和Cy5单独敏化时光电转换效率的2.069和1.229倍.     

N,N′-对羧苄基吲哚三菁敏化纳米TiO2电极的研究

应用光电化学方法研究了N, N′-对羧苄基吲哚三菁（Cy5）染料敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为,优化了敏化的条件.结合Cy5的循环伏安曲线和光吸收阈值,初步确定Cy5电子基态和激发态能级位置.结果表明,Cy5电子激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流,使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,在膜厚为6.5μm、敏化时间为6 h的条件下IPCE值（incident photo-to-electricity conversion efficiency）最高可达46.4％,总的光电转换效率η为1.70％.     

五甲川菁染料敏化SnO_2纳光结构多孔膜电极的光电化学研究

研究了五甲川菁敏化SnO_2纳米结构电极的光电化学行为.结合循环伏安曲线图及五甲川菁的光吸收阈值,初步确定五甲川菁染料电子基态和激发态能级位置.结果表明,五甲川菁染料电子激发态能级位置能与SnO_2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著地提高SnO_2纳米结构电极的光电流,使SnO_2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,IPCE值(单色光的转换效率)最高可达45.7％.     

不对称菁染料敏化纳米TiO2的光生电流过程

用光电化学方法研究了不对称菁类染料敏化TiO2纳米结构电极的光电转换过程.结果表明,该染料的电子激发态能级位置与TiO2纳米粒子导带边位置匹配较好,光激发染料后,其激发态电子可以注入到TiO2纳米多孔膜的导带,从而使TiO2纳米结构电极的吸收光谱和光电流谱红移至可见光区,其 IPCE(Incident photon-to-electron conversion efficiency)值最高可达84.3%.并进一步结合现场紫外-可见吸收光谱研究了外加电势对激发态染料往TiO2纳米多孔膜注入电子过程的影响.     

五甲川菁染料敏化SnO~2纳米结构多孔膜电极的光电化学研究

研究了五甲川菁敏化SnO~2纳米结构电极的光电化学行为。结合循环伏安曲线图及五甲川菁的光吸收阈值,初步确定五甲川菁染料电子基态和激发态能级位置。结果表明,五甲川菁染料电子激发态能级位置能与SnO~2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著地提高SnO~2纳米结构电极的光电流,使SnO~2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,IPCE值(单色光的转换效率)最高可达45.7%。     

PMC敏化SnO2纳米结构多孔膜电极的光电化学特性

研究了五甲川菁(PMC)敏化SnO2纳米结构电极的光电化学行为.结合循环伏安曲线及五甲川菁的光吸收阈值,初步确定了五甲川菁染料电子基态和激发态能级.结果表明,五甲川菁染料电子激发态能级能与SnO2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著地提高SnO2纳米结构电极的光电流,使SnO2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,光电转换效率(IPCE)得到明显改善,其值最高可达45.7%.     

PMC敏化SnO2纳米结构多孔膜电极的光电化学特性

研究了五甲川菁（PMC）敏化SnO2纳米结构电极的光电化学行为．结合循环伏安曲线及五甲川菁的光吸收阈值,初步确定了五甲川菁染料电子基态和激发态能级．结果表明,五甲川菁染料电子激发态能级能与SnO2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著地提高SnO2纳米结构电极的光电流,使SnO2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,光电转换效率（IPCE）得到明显改善,其值最高可达45．7％．     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO_2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL2(SCN)2:2TBA(L=2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylicacid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质.RuL2(SCN)2:2TBA/P3MT复合敏化TiO2纳米晶多孔膜电极比染料RuL2(SCN)2:2TBA敏化TiO2纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高.复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合,减少了电子的损失.     

五甲川菁染料的敏化作用及其在Gratzel型太阳能电池中的应用

采用新染料五甲川菁(Penta Methyl Cyanine)敏化TiO2纳米结构电极,UV-Vis吸收光谱和光电化学结果表明,使用该染料敏化使TiO2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,可显著地提高TiO2纳米结构电极在可见光区的阳极光电流强度,明显改善光电转换效率.结合吸收光谱、电化学和光电化学结果初步讨论了敏化电极的光生电流的机理.     

N3敏化Ho3+离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响. TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率, 而另一方面它也能够抑制电荷复合. 结果表明, 在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层, 在电极表面就形成了一个势垒, 能够有效抑制电极表面的电荷复合, 从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率. 在93.1 mW·cm-2白光照射下, TiO2/Ho-0.1 和TiO2/Ho-0.2(0.1 和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度, 单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%, 与TiO2电极(7.2%)比较, 分别增大了15%和5%.     

酞菁与TiO2超微粒间的光诱导电子转移相互作用

带有负电荷取代基的四磺化酞菁化合物与 TiO2超微粒在溶液中通过静电相互吸引 ,能够形成基态复合物 .通过吸收光谱和荧光光谱 ,计算了磺化酞菁与 TiO2在溶液中的表观缔合平衡常数 K.与相应的烷氧基取代酞菁化合物作比较 ,并通过单光子计数技术测定染料荧光寿命 .结合荧光光谱 ,证明了磺化酞菁与 TiO2在溶液中的缔合作用 ,有利于激发态酞菁染料向半导体 TiO2的导带注入电子 ,从而发生分子间的电子转移反应 .将磺化酞菁吸附在 TiO2纳晶薄膜电极上 ,进行光电性能测试 .结果表明,染料敏化 TiO2纳晶薄膜电极光电响应的大小与染料在电极表面吸附的强弱有关 .     

二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究, 从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂. 对前线分子轨道的计算表明, 二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入. 对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明, 二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好. 对染料分子的能级计算表明, 二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂. 二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO) 能级均比TiO2晶体导带边能级高, 能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子. 二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I-3能级低, 保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子. 与实验数据比较, 得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面, 对染料的关键要求是LUMO能级的位置. 染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素. 通过对化学键键长的比较表明, 二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同. 对计算结果的分析表明, 二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高, 分子稳定性最好, 在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好, 在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.     

Comparison of electrode structures and photovoltaic properties of porphyrin-sensitized solar cells with TiO2 and Nb, Ge, Zr-added TiO2 composite electrodes

Electrode structures and photovoltaic properties of porphyrin-sensitized solar cells with TiO2 and Nb-, Ge-, and Zr-added TiO2 composite electrodes were examined to disclose the effects of partial substitution of Ti atom by the other metals in the composite electrodes. The TiO2 and Nb-, Ge-, and Zr-added TiO2 composite electrodes were prepared by sol-gel process using laurylamine hydrochloride as a template for the formation of micellar precursors yielding well-defined mesoporous nanocrystalline structures, as in the cases of the formation of silica and titania tubules and nanoparticles by the templating mechanism. The TiO2 and Nb-, Ge-, and Zr-added TiO2 composite electrodes were characterized by transmission electron microscopy, BET surface area analysis, X-ray diffraction analysis, Raman spectroscopy, and impedance measurements. The TiO2 anatase nanocrystalline structure is retained after doping a small amount (5 mol %) of Nb, Ge, or Zr into the TiO2 structure, suggesting the homogeneous distribution of the doped metals with replacing Ti atom by the doped metal. The power conversion efficiency of the porphyrin-sensitized solar cells increases in the order Zr-added TiO2 (0.8%) < Nb-added TiO2 (1.2%) < TiO2 (2.0%) < Ge-added TiO2 cells (2.4%) under the same conditions. The improvement of cell performance of the Ge-added TiO2 cell results from the negative shift of the conduction band of the Ge-added TiO2 electrode. The Ge-added TiO2 cell exhibited a maximum power conversion efficiency of 3.5% when the porphyrin was adsorbed onto the surface of the Ge-added TiO2 electrode with a thickness of 4 microm in MeOH for 1 h.     

三苯胺功能染料的合成及在谷胱甘肽超低电位光电检测中的应用

设计合成了一种具有D-π-A结构的三苯胺功能染料(TCA),并通过分子结构中的羧基将其配位于TiO_2纳米粒子修饰的光电极表面,发展了一种可在超低电位下高灵敏检测谷胱甘肽(GSH)的光电传感方法.该TCA分子以三苯胺为电子给体,噻吩为桥连基团,氰基乙酸为电子受体.在可见光的照射下,TCA通过分子内电子转移将光电子由三苯胺经噻吩和羧基注入到TiO_2的导带能级,进而注入基底光电极,产生阳极光电流;同时,TCA被氧化到氧化态.由于氧化态TCA的稳定性好,可循环被生理活性小分子GSH还原,并产生放大的阳极光电流.TCA功能化的TiO_2纳米粒子修饰电极对GSH表现出了极高的催化活性,在波长为480 nm的可见光照射下,在0 V的超低电位下即可实现对GSH的催化氧化.基于这一性质,发展了一种可用于GSH检测的光电传感方法.在最优条件下,该传感器对浓度为2~100μmol/L和0.1~2.4 mmol/L的GSH具有良好的线性响应,检出限低达1μmol/L.此外,该光电传感器具有较好的选择性,可排除13种氨基酸和生理活性物质多巴胺及氢醌的干扰,因此具有一定的实际应用前景.     

酞菁与TiO2微粒间的光诱导电子转移相互作用

带有负电荷取代基的四磺化酞菁化合物与TiO2超微粒在溶液中通过静电相互吸引,能够形成基态复合物。通过吸收光谱和荧光光谱,计算了磺化酞菁与TiO2在溶液中的表现缔合平衡常数K.与相应的烷氧基取代酞菁化合物作比较,并通过单光子技术测定染料荧光寿命。结合荧光光谱,证明了磺化酞菁与TiO2在溶液中的缔合作用,有利于激发态酞菁染料向半导体TiO2的导带注入电子,从而发生分子间的电子转移反应,将磺化酞菁吸附在TiO2纳晶薄膜电极上,进行光电性能测试。结果表明,染料敏化TiO2纳晶薄膜电极光电响应的大小与染料在电极表面吸附的强弱有关。     

Squarylium Cyanine Dyes for Photoelectric Conversion

Asanimportantclassoffunctionalmaterials,squaryliumcyaninedyespossessmanyexcellentpropertiessuchasstablestructures,outstandingphotoconductivityaswellassmallthermalconductivity,andexhibitintenseandsharpabsorptionbandsinthevisibleandnearinfraredregionwithhighlightharvestingcapacity,whichopenupextensiveapplicationsinthevariousfieldsl-3.Inthispaper,twosymmetricalsquaryliumindocyanineswiththeintroductionofhydroxyethylandsulfopropylgroupsontheheterocyclicnitrogenweresynthesizedandcharacterizedbyUV,I…