表面活性剂特性吸附对增强光敏分子固体为基极的光伏打效应的影响

卟啉类的光电极在分子固体液体接界光伏打电池工作中已得到研究。本文用阴离子型表面活性剂在固体表面上的特性吸附等温线来分析此种离子浓度对数函数与光伏打效应增长的关系,并研究了表面活性剂烷基链长、极性基、阳离子型表面活性剂及非离子型表面活性剂对光伏打效应增强的影响。内Helmholtz层结构与参量变化对光伏打效应也起重要作用。     

非“三明治”结构的分子基光电器件

传统的分子材料光电器件如太阳能电池和有机发光二极管通常采用"三明治"型垂直结构.器件通常由透明底电极、薄膜活性层和顶接触电极构成.该结构优化了光与半导体的相互作用以及载流子的注入和收集,实际应用广泛.近些年,为了降低透明电极的使用成本以及更好地实现非薄膜形态纳米半导体材料的器件构筑,一些非"三明治"结构的有机光电器件也取得了很大进展:发展出了具有微米、纳米电极结构的光伏器件、光电导器件、光晶体管器件、纳米间隙电极器件等,拓展了分子基光电材料的应用研究,与传统夹心型二极管器件相互补充、相互完善.本文主要聚焦在各种非"三明治"结构有机光电器件的构筑与功能化,对有代表性的研究成果进行了总结与评述,并对其未来的发展进行了展望.     

SPR银金电极上光电化学反应和EC-SERS理论研究

随着纳米科学的发展,人们再次关注到金属电极上的光电化学研究. 这主要得益于币族金属纳米结构具有强的表面等离激元共振（SPR）效应,它能有效地将光从远场光转化为近场光,汇聚光能到金属表面区域,可以在表面产生强的光电场效应,或产生较长寿命的热电子-空穴载流子效应,或是更长时间尺度的热效应. 因此,SPR效应不仅产生了表面增强拉曼散射(SERS)效应,用于表征吸附分子,而且可能诱发表面化学反应,为在电化学界面实现光与电协同调控化学反应提供新思路. 本文首先回顾了金属电极上光电流理论的发展,然后总结了本研究组近年来将量子化学计算用于光电化学反应和SERS光谱研究的工作,并以在银金纳米结构电极上水合质子还原和芳香胺氧化为例,比较了热电子和热空穴参与光电化学反应的特点,揭示了SPR参与光电化学反应的本质.     

四种新型D-A化合物的合成与光电性能研究

合成了H2Po-C70, H2Pp-C70, ZnPo-C70和ZnPp-C70 4种新型的D-A化合物; 通过紫外-可见吸收光谱、红外光谱、质谱和元素分析等多种手段对其进行了表征. 在光电化学电池中, 在GaAs电极上测量了这4种D-A化合物的光伏效应(PVE). 研究结果表明, H2P-C70/GaAs和ZnP-C70/GaAs电极的光生电压(ΔV)和光生电流(ΔI)比单纯的GaAs电极大得多, 据此能够确定这4种D-A化合物具有优良的光电性能.     

卟啉/二氧化钛多孔电极的光电转换效应研究

有机染料用作光能转换的敏化剂,国内外已有不少报道。将这些有机染料敏化剂载于金属或半导体基片上制成电极,可组成半导体(金属)/染料/电解液类型的光电化学电池。然而,这些电池的光电转换效率都不理想,一个重要的原因是染料不能有效地吸收入射光子。研究表明,在一个平滑的电极表面,单层染料分子仅能吸收不到1%的入射光;采用多层染料能吸收更多的光子,但同时却因为电阻增大而使光电转换效率降低。为了克服这些困难,Gratzel等人采用由二氧化钦TiO₂超微粒组成的电极吸附染料,取得了较好的效果。     

含四-苯基卟啉基团聚酰亚胺膜的光电导性能研究

分剐以均苯四酸二酐(PMDA)与四(4-氨基苯基)卟啉(TAPP)／4，4′-二苯醚(ODA)、TAPP／3，6-二氨基-N-甲基咔唑(DACz)聚合得到两个系列含四-苯基卟啉基团(TPP)聚酰亚胺(PI)共聚膜，并时其作为载流子发生层(CGL)制成的感光体的光电导性能进行了测试。结果表明：PI共聚膜的光电导性能随分子链中TPP基团含量的提高而增强；当TPP基团含量相同时，PMDA／TAPP／ODA系列的光电导性能较PMDA／TAPP／DACz系列好；含TPP基团PI共聚膜的光电导性能明显优于四-苯基卟啉分子掺杂体系；在CGL与导电铝基间引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阻挡层(CBL)不能提高感光体的光电导性能。从光电导机理分析了TPP基团、四-苯基卟啉分子的聚集结构与PI膜光电导性能的关系。     

聚合物半导体光电转换的理论分析

导电聚合物半导体的最大特点是掺杂物在工作条件下可以移动。这类“可移动掺杂物”型半导体已被许多研究者用为光生伏打效应的材料, 目前所得到光电转换效率普遍较低。本文提出这类光电极的物理模型和数学模型, 并用数值解法解决了这个边界问题; 理论分析表明这类“可移动掺杂物”型半导体最大光电转换效率可以接近于传统无机半导体的光电转换效率; 数值解提出必须注意提高这类半导体的载流子迁移率和体内复合寿命。     

矿石及一些希有元素的光谱定量分析方法

目次Ⅰ、绪言Ⅱ、矿石的光谱定量分析法(一)固体分析法(1)粉末法i)冲淡法;ii)增量法;iii)结合化学处理法;iV)可利用的几种技术(空气冷却电极,转动或移动电极)。(2)压片法(二)液体分析法(1)液面打弧法;(2)干燥后打弧激发;(3)喷入光源法;(4)在液体中放电;(5)溶液流入法;(6)熔化后打弧。(三)气体分析法(1)利用带光谱;(2)用低压火花光源。(四)几种有用的技术(1)减除氰带光谱的方法;(2)阴极层效应的利用;(3)特殊形状电极的利用(双电弧、双室电极、物理     

光电化学反应的催化

本文主要按照催化剂与半导体电极二者之间所形成的结的性质, 分析了催化剂对电极表面上进行的光电化学反应可能具有的效应。分析结果表明, 催化光电化学反应(光生少数载流子的反应)的前提是催化剂微粒与“半导体/溶液”界面之间有足够强的相互作用, 因而在光照下催化剂粒子中电子系统的费米能级能达到或趋近光生少数载流子的准费米能级。文中并采用带环的可换旋转园盘电极研究了Au、Ir等金属微粒对在n-TiO_2单晶电极上进行的Ce~(3+)—→Ce~(4+)等光电化学反应的催化机理, 证实了上述分析结果。     

宽光谱太阳能电池

太阳能电池的光谱响应特性和光电转换效率与光伏材料的微观能带结构及其宏观组装方式密切相关。无论使用哪种光伏材料,普通单结或单层太阳能电池都只能对部分波段的太阳光进行有效利用。宽光谱研究的目标是要使太阳能电池更好地利用太阳光谱所覆盖的全部波段范围的能量,从而提高太阳能电池光电转换效率。本文从化学角度综述了实现宽光谱太阳能电池的基本方法和当前的研究进展,其中包括叠层太阳能电池、中间带太阳能电池、量子点太阳能电池、热光伏太阳能电池、上转换和下转换、分子基柔性太阳能电池等方法。     

CdS量子点敏化ZnO纳米棒阵列电极的制备和光电化学性能

采用连续式离子层吸附与反应法制备了CdS量子点敏化的ZnO纳米棒电极.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CdS量子点/ZnO纳米棒电极的形貌、晶型和颗粒尺寸进行了分析和表征;采用光电流-电位曲线和光电流谱研究了不同CdS循环沉积次数及不同沉积浓度对复合电极的光电性能影响.结果表明,前驱体浓度都为0.1mol·L-1且沉积15次敏化后的ZnO纳米棒阵列电极光电性能最好.与单纯的ZnO纳米棒阵列电极和单纯的CdS量子点电极相比,其光电转换效率显著提高,单色光光子-电流转换效率(IPCE)在380nm处达到76%.这是因为CdS量子点可以拓宽光的吸收到可见光区,并且在所形成的界面上光生载流子更容易分离.荧光光谱实验进一步说明了光电增强的原因是,两者间形成的界面中表面态大大减少,有利于减少光生电子和空穴的复合.     

利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布

薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能。因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据。此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作。垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题。研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段。本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景。     

（η^2—C70）Pd（PPh3）2）配合物的合成和光电性能研究

在惰性气氛中由取代反应合成出（η＾２－Ｃ７０）Ｐｄ（ＰＰｈ３）２配合物，在光电化学电池中测定了（η２－Ｃ７０）Ｐｄ（ＰＰｈ３）２在ＧａＡｓ电极上形成的ｎ＋ｎ型异质结光伏效应，结果表明，在Ｉ２／Ｉ３电对介质中（η＾２－Ｃ７０）Ｐｄ（ＰＰｈ３）２有较大的光伏效应值；当（η＾２－Ｃ７０）Ｐｄ（ＰＰｈ３）２的薄膜厚度为１μｍ时光伏效应最大；（η＾２－Ｃ７０）Ｐｄ（ＰＰｈ３）２在ＧａＡｓ电极上的光电转换性能     

共价键合四磺酸基铁酞菁有序多层膜电极

以玻碳电极为基础电极,经静电自组装方法将带负电荷的四磺酸基铁酞菁与带正电荷的含重氮基团的重氮树脂在电极表面进行层-层自组装,然后经紫外光照射,使铁酞菁的磺酸基与重氮树脂的重氮基发生交联反应,使层与层之间的离子键转为共价键,从而使铁酞菁在电极表面形成稳定、有序且处于分子水平的层-层构筑.用UV-Vis和IR光谱表征了组装过程,用CV方法研究了该电极的电化学性能及其对三氯乙酸的电催化还原.同时用计时电流法测定了三氯乙酸通过该类膜的扩散系数.     

金属-分子-金属结器件研究进展

有机功能分子是新型纳光电器件研究热门材料之一, 多用金属-分子-金属结方法研究其荷电输运特性.本文从无损制备、微纳尺度及可寻址性等方面, 综述了金属-分子-金属结器件研究进展. 将制备方法归为软接触法、扫描探针显微镜法、对电极法、交叉线法、角沉积法和纳米孔法等六大类, 并分析了不同方法及实验参数对荷电输运特性的影响. 总的来说, 扫描探针法可用于分子电学特性的快速统计分析, 但可寻址性差; 纳米孔分子结具有良好的可寻址性, 可用于分子输运特性的变温研究, 但上电极沉积可导致分子层破坏或界面特性不确定; 角度沉积法和软接触法可有效减少电极热沉积对分子层的烧蚀, 但器件尺度较大; 对电极法可获得纳米级可寻址分子结, 若结合模板压印交叉纳米线法制备电极, 则在无损分子器件研究及其集成方面有很好的前景.     

光电化学传感器的构建及应用

光电化学分析是基于光电化学过程和化学/生物识别过程建立起来的一种新的分析方法。该方法以光作为激发信号,以光电流作为检测信号,具有灵敏度高、响应快速、设备简单和易微型化等优点,在生物和环境等分析领域受到了广泛关注。电极表面修饰的光电层在吸收光子后被激发,所产生的载流子发生电荷分离和电子迁移,进而产生光电流。通过在光电层上进一步修饰传感识别单元,利用直接氧化还原、分子识别与结合、酶催化等方法所导致的光电流的变化与待测分子之间的数量关系,可实现对目标物的定量分析。因此,光电化学传感器在功能结构上包括光电转换单元和传感识别单元两部分,光电层的材料选择和传感识别策略是光电化学传感器构建的两大关键点。本文在对光电化学传感器基本原理及应用领域总结的基础上,对光电化学传感器的材料选择和传感模式进行了分析和综述。     

共价键合铁卟啉有序多层膜电极的组装及其对H2O2的电催化还原

以玻碳电极为基础电极,先用静电自组装方法将带负电荷的四磺酸基苯基铁卟啉和带正电荷的含重氮盐基团的重氮树脂在电极表面进行层-层组装,然后在紫外光的照射下,使铁卟啉的磺酸基与重氮树脂的重氮基引发交联反应,使层与层之间的离子键变成共价键,从而使铁卟啉在电极表面形成稳定、有序、分子水平的层-层构筑.用UV-Vis和IR光谱表征了组装过程,用CV方法研究了该电极的电化学性能.结果表明,该电极不但具有非常优异的稳定性,而且对H₂O₂的电还原反应也表现出很好的催化活性.     

光激发四苯基卟啉钴氧化还原反应机理研究

金属卟啉在光激发条件下会呈现出重要催化特性和光学性质。四苯基卟啉亚钴(Co~Ⅱ TPP)性质稳定,难以通过强氧化剂氧化至四苯基卟啉钴(Co~ⅢTPP)。本文分别利用全波长氙灯与355nm激光脉冲诱导Co~Ⅱ TPP,探究其分子内的氧化还原过程。研究发现,Co~Ⅱ TPP的Soret带最大吸收峰随光照时长的递增出现红移,且吸收强度呈现先下降后上升的趋势,最大吸收峰位置由415nm逐渐红移至433nm,其Q带最大吸收峰位置由532nm逐渐红移至545nm。两种光源诱导Co~Ⅱ TPP均出现稳态吸光度的降低,分子内的活性中心钴离子由Co~(2+)氧化到Co~(3+)。咪唑使得Co~Ⅱ TPP受光诱导后更易出现稳态吸收峰红移。Co~Ⅱ TPP的瞬态吸收光谱有3个瞬态吸收峰,激光激发含咪唑的Co~Ⅱ TPP溶液仅在396nm出现单个瞬态吸收峰。数据表明光激发时,电子从卟啉的π成键分子轨道向具有配体特征的π~*反键分子轨道迁移,发生金属对配体的电荷迁移,生成稳定的高价态Co~Ⅲ。     

光电化学反应的催化II.表面覆盖针状铱层对n-TiO2电极上光电化学过程的催化作用

借助于可换盘旋转环盘电极在含Ce[3+]酸性溶液中比较了n-TiO2电极上载多孔铱层前后的竞争光氧化过程,观察到当铱以高度分散的针状多孔透光层在TiO2电极表面分布时能够催化Ce[3+]的光电化学氧化,并据此讨论了催化光电化学反应的基本前题。     

介孔掺镧纳米晶TiO2瞬态光伏与表面光声特性

结合瞬态光伏与表面光声技术, 研究介孔掺镧nano-TiO2光生载流子分离与复合过程及其能量转换机制. 结果表明: 锐钛矿中两种不同光伏特性的缺陷态具有光生载流子扩散距离短, 复合速度快的特点; 镧掺杂增加体缺陷态对于光伏效应的贡献, 但在某种程度上抑制主带隙的电荷分离; 模板剂种类对于主带隙电子-空穴对的分离与复合过程, 以及亚带隙无辐射跃迁引起的晶格振动均有显著的影响. 结果证实了样品表面光声与瞬态光伏现象之间存在明显的能量互补关系.