含二级供电基团的三苯胺类光敏染料合成及太阳能电池中的应用

以N,N-二甲基苯胺作为二级给电子单元, 合成两种具有不同长度共轭链的三苯胺类光敏染料XS19和XS22. 研究了它们的光物理与光电化学性质, 并将它们用作TiO₂纳米晶电极的光敏化剂引入太阳电池, 结果表明, N,N-二甲基苯胺的引入能够抑制染料敏化太阳能电池中的电子复合, 提高电池的光电转换效率. XS22表现出更好的光伏性能, 在AM1.5 (100 mW•cm^－2)的光强下, XS22敏化电池的开路电压(V_OC)为685 mV, 短路电流密度(J_SC)为9.6 mA•cm^－2, 填充因子(FF)为0.72, 总光电转换效率为4.7%.     

一种含二并噻吩的全有机光敏材料

染料敏化太阳能电池由于具有较高的光电转换效率、较低的使用成本而越来越被世人关注。基于多吡啶钌配合物的染料已经获得了超过11％的效率，不过该类染料的生产成本较高，并且地球上金属钌的储量也有限，不能满足未来超大规模应用的需求。因此开发低成本的染料成为广大学者研究的重点，目前国际上已有人开发出了不含金属的全有机染料，并且获得了较高的转换效率。     

不同受体结构染料共敏化对染料敏化太阳电池性能的影响

为了拓宽染料敏化太阳电池对太阳光谱的响应范围,提高电池的光电转换效率,将两种含有不同受体结构（绕丹宁-3-乙酸基（RA）和氰基丙烯酸基（CA））的三苯胺染料（TR1和TC1）进行共敏化。TR1染料平伏吸附在TiO₂表面,而TC1染料直立吸附在TiO₂表面。将两种染料按照不同摩尔比共敏化TiO₂后,TC1占据TR1的部分位置,拓展光谱的同时也抑制了电荷复合,电子寿命较TR1敏化的太阳电池长。在TR1与TC1摩尔比为5：5的共敏剂溶液敏化的共敏电池器件中,短路光电流密度（J_sc）为11.7 mA/cm²,开路电压（V_oc）为704 mV,填充因子（FF）为0.73,光电转换效率（η）为6.03%。该结果明显优于单一染料敏化的电池器件。     

2种三聚茚基三芳胺染料的合成及其光伏性能

以三聚茚基三芳胺为给电子单元,以绕单宁-3-乙酸为受电子单元,设计合成了2种三聚茚基三芳胺染料六乙基三聚茚胺饶丹宁乙酸(MXD8)和六乙基三聚茚胺环氧噻吩饶丹宁乙酸(MXD9)。 光学测试表明,该类染料光谱响应范围宽,摩尔吸光系数高。 结合2种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线,确定了染料的电子基态和激发态能级位置。 结果表明,2种染料的能级位置符合染料敏化太阳能电池的要求。 将它们用作染料敏化太阳能电池中的光敏化剂,在AM1.5-100×10-3 W/cm2的光强下,MXD8敏化电池的开路电压(VOC)为614 mV,短路电流密度(JSC)为5.76×10-3 A/cm2,填充因子(FF)为0.66,总光电转换效率为2.33%。 尽管MXD9引入3,4乙撑二氧噻吩作为共轭桥,其光电转换效率却较MXD8低（1.27%）。 阻抗测试表明,MXD9光电转换效率较低的原因主要是电子更容易复合。 该结果表明,电子复合可能与分子共轭体系增大导致极化率增加有关。     

染料敏化太阳能电池中的敏化剂

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池。染料敏化剂的性能对DSSC的光电转换效率有重要的影响,要获得高的光电转换效率需要有高效、稳定的染料敏化剂。本文介绍了近年来染料敏化剂的设计合成,并讨论了各种敏化剂的优缺点及发展方向。     

含苯并噻二唑的吩噻嗪染料分子的设计合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了三种含苯并噻二唑的吩噻嗪类有机染料光敏剂JY50~JY52,在对其光物理和电化学性质进行研究的基础上,使用三种染料对纳米TiO₂电极进行敏化制备太阳能电池器件,并系统研究了其光电转化效率及电荷传输阻抗等光伏特性.研究结果表明,在染料分子中引入共轭基团有助于其摩尔吸光系数的提升,从而提升光电流.两个长烷基链的引入能够有效地抑制染料分子激发态电子在TiO₂光阳极表面的电子复合,从而提升其电子注入效率.其中,在AM 1.5（100 mW·cm^-2）的模拟光强下,基于碘电解质的染料JY51电池器件获得了7.61%的光电转化效率.     

基于苯并噻二唑的菁染料敏化剂的合成与光伏性能研究

两个新型的基于三苯胺苯并噻二唑的菁染料(I～II)通过含有该单元的苯并[e]吲哚啉乙醛和1,1,2-三甲基-3-丁 基-5-羧基-3H-吲哚碘盐的Knoevenagel缩合反应合成, 其结构用核磁和高分辨质谱进行了表征|对两个菁染料敏化剂的光物理、电化学性能和太阳能电池的光伏性能进行了系统研究. 在AM1.5G标准光源下, 两个染料的最高入射单色光子-电子转化效率值(IPCE值)均超过57%, 其光电转换效率分别为2.59%和3.28%.     

D-π-A-π-A结构有机光敏染料的合成及其在太阳能光电转化和光解水制氢中的应用

选择N,N'-二甲基苯胺作为电子给体,乙炔基和苯基作为π桥键,苯并噻二唑基团作为辅助受体,氰基丙烯酸为电子受体设计合成了一个具有D-π-A-π-A结构的有机染料OD2。对该染料的光谱性能和电化学性能进行了研究,并将其用作光敏剂引入太阳能光电转化和光解水制氢领域。当OD2应用于光伏领域：在AM1.5（100 mW·cm^-2）的光强下,OD2敏化的电池的光电转化效率（η）为4.40%（短路电流密度（J_sc）=10.58 mA·cm^-2,开路电压（V_oc）=630 mV,填充因子（FF）=0.65）;当OD2应用于染料敏化可见光催化制氢领域：在300 W氙灯光源可见光照射10 h,OD2敏化的Pt/TiO₂在pH=7.0,10%（φ,体积分数）三乙醇胺水溶液中的催化转化数（TON）为140,相应的表观制氢量子产率（Φ_H2）仅为0.42%。显然,OD2在光电转化领域比可见光催化分解水制氢领域更具有应用潜力。     

金属有机框架在染料敏化太阳能电池中的应用

为了获得高效率的染料敏化太阳能电池,其光阳极应该具有大的比表面积,以吸附足量的染料,获得很强的光捕获能力.从这个角度而言,将具有很大比表面积的金属有机框架材料引入到染料敏化太阳能电池的体系中,无疑是一种有益的探索.本文简介了金属有机框架材料在光伏领域的应用,并重点介绍了我们课题组在利用金属有机框架材料方面进行的一些探索,包括光阳极薄膜的处理、利用金属有机框架材料作为前驱体制备光阳极材料和光散射层.最后,本文对金属有机框架材料应用于染料敏化太阳能电池中的局限性及前景做了简要的展望.     

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。     

Sunlight-Active BiOI Photocatalyst as an Efficient Adsorbent for the Removal of Organic Dyes and Antibiotics from Aqueous Solutions

A bismuth oxyiodide (BiOI) photocatalyst with excellent sunlight-driven performance was synthesized by a solvothermal route without the addition of surfactants or capping agents. The prepared photocatalyst exhibited a tetragonal phase with an energy band gap of 2.15 eV. The efficiency of the photocatalyst was elucidated by monitoring the photodegradation of organic dyes and antibiotics. The BiOI photocatalyst provided a 95% removal of norfloxacin (NOR) antibiotics under visible light illumination. Interestingly, the complete removal of Rhodamine B (RhB) dye was achieved after 80 min of natural sunlight irradiation. The photodegradation reaction followed the first-order reaction. Both photo-generated holes and electrons play vital roles in the photodegradation of the pollutant. The BiOI photocatalyst remains stable and still shows a high efficiency even after the fifth run. This confirms the great cycling ability and high structural stability of the photocatalyst. The prepared BiOI catalyst, with a high surface area of 118 m² g⁻¹, can act as an excellent adsorbent as well. The synergistic effect based on both adsorption and photocatalysis is a key factor in achieving a very high removal efficiency. The photoactivity under sunlight is higher than that observed under visible light, supporting the practical use of the BiOI photocatalyst for the removal of organic pollutants in wastewater through the utilization of abundant solar energy.     

Two novel branched chain polymeric metal complexes based on Cd(II), Zn(II) with fluorene,thiophene, 8‐hydroxyquinoline,and 1,10‐phenathroline ligand: synthesis,characterization, photovoltaic properties,and their application in DSSCs

Two novel side chain polymeric metal complexes (PFT‐Cd and PFT‐Zn) have been designed, synthesized, and characterized. These polymers were found to be good thermally stable and high glass transitions temperature, which indicate that these polymers could be applied as photovoltaic materials for dye‐sensitized solar cells (DSSCs). The obtained polymers exhibited good photovoltaic property. The DSSCs based on the PFT‐Cd and PFT‐Zn exhibited a maximum solar‐to‐electricity conversion efficiency (η) up to 3.37% (J_sc = 7.27 mA/cm², V_oc = 0.67 V, and FF = 0.69) and 3.01% (V_oc = 0.72 V, J_sc = 6.10 mA/cm², FF = 0.69) under simulated AM 1.5 G solar irradiation (90–95 mW/cm²). The result shows that these novel materials are suitable for the dye‐sensitized solar cells. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

准MIL-53(Fe)光催化剂的合成及其可见光催化降解有机染料性能的提高

以MIL-53（Fe）（以下简称MFe）为原料,通过热解制备了具有多孔结构的准金属-有机骨架（MOFs）MFe-T（T℃代表煅烧温度）光催化剂。在测试的催化剂中,MFe-250表现出最高的光降解性能,在90 min内降解99%亚甲基蓝（MB）。从光电流和电化学阻抗谱的结果来看,MFe-250的电子传输能力超过了MFe。此外,捕获实验表明,在光催化降解MB过程中,羟基自由基（·OH）是必不可少的中间体。此外,还提出了光催化过程的机理。     

2,6-位取代的BODIPY染料敏化剂的合成及其性能

设计合成了3种新型基于氟化硼络合二吡咯甲川(BODIPY)衍生物的D-π-A型光敏染料CB1~3,其结构为:BODIPY核为桥联基团、N-苯基咔唑以不同位点连接BODIPY的2-位作为电子给体单元、氰乙酸连接于BODIPY的6-位作为电子受体单元。运用1H,13C NMR以及MALDI-TOF-MS对所合成的染料CB1-CB3进行了结构表征和确证。对3种染料CB1~CB3进行了UV-Vis和荧光等光物理特性、电化学行为、光伏性能研究,并通过DFT理论计算深入研究了其分子的几何结构与性能之间的关系。3种染料的吸收光谱主要位于420~600 nm 波段,LUMO能级在3.7 eV左右,HOMO能级在5.2 eV左右。N-苯基咔唑2-位与BODIPY相连的CB2,因更平整的分子结构和更为适合的共轭长度,具有更为优良的光谱吸收和分子内电荷迁移性能,因而表现出良好的光伏性能:在AM1.5(100 mW·cm^-2)的光强下,CB2敏化电池的开路电压(V_oc)为550 mV,电流密度(J_sc)为3.71 mA· cm^-2,填充因子(FF)为0.73,总光电转换效率(PCE)为1.49%。     

2,6-位取代的BODIPY染料敏化剂的合成及其性能

设计合成了3种新型基于氟化硼络合二吡咯甲川(BODIPY)衍生物的D-π-A型光敏染料CB1~CB3,其结构为:BODIPY核为桥联基团、N-苯基咔唑以不同位点连接BODIPY的2-位作为电子给体单元、氰乙酸连接于BODIPY的6-位作为电子受体单元。运用1H,13C NMR以及MALDI-TOF-MS对所合成的染料CB1~CB3进行了结构表征和确证。对3种染料CB1~CB3进行了UV-Vis和荧光等光物理特性、电化学行为、光伏性能研究,并通过DFT理论计算深入研究了其分子的几何结构与性能之间的关系。3种染料的吸收光谱主要位于420~600 nm波段,LUMO能级在3.7 eV左右,HOMO能级在5.2 eV左右。N-苯基咔唑2-位与BODIPY相连的CB2,因更平整的分子结构和更为适合的共轭长度,具有更为优良的光谱吸收和分子内电荷迁移性能,因而表现出良好的光伏性能:在AM1.5(100 m W·cm-2)的光强下,CB2敏化电池的开路电压(Voc)为550 m V,电流密度(Jsc)为3.71 m A·cm-2,填充因子(FF)为0.73,总光电转换效率(PCE)为1.49%。     

Synthesis and Characterization of Two New Organic Dyes for Dye-Sensitized Solar Cells

In the present study, two new organic dyes based on indigo were prepared and used as sensitizers in dye-sensitized solar cells. To this end, indoxyl was utilized as the electron-donor and acrylic acid and cyanoacrylic acid were used as the electron-acceptor anchoring groups. These dyes were purified and characterized by analytical techniques. Spectrophotometric evaluations of the prepared dyes in solution and on a nano-anatase-TiO₂ substrate were investigated. Additionally, oxidation potential measurements were also carried out. Finally, dye-sensitized solar cells were fabricated to determine the photovoltaic behavior and conversion efficiency of each dye.

[Supplementary materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of Synthetic Communications® for the following free supplemental resource(s): Full experimental and spectral details.]     

染料敏化太阳能电池对电极La2Mo2O7复合MWCNTs非Pt催化剂的制备与性能

通过高温固相法对醋酸镧（C₆H₉O₆La·xH₂O）与高钼酸铵（（NH₄）₆Mo₇O₂₄·4H₂O）在一定条件下热解制备非Pt催化剂La₂Mo₂O₇（La₂O₃-2MoO₂）。进一步采用2种方法将La₂Mo₂O₇与多壁碳纳米管（MWCNTs）进行复合,一种是将La₂Mo₂O₇喷涂到MWCNTs表层之上得到La₂Mo₂O₇/MWCNTs,另一种是将两者均匀混合掺杂得到La₂Mo₂O₇@MWCNTs,再将上述2种复合材料应用于染料敏化太阳能电池对电极进行相应研究。通过扫描电子显微镜（SEM）表征了复合催化材料的微观形貌,X射线衍射（XRD）确定了微观结构。采用电流密度-光电压曲线、循环伏安,交流阻抗以及塔菲尔极化分析了材料的光电性能。实验结果表明在电解液I₃^-/I^-中,基于La₂Mo₂O₇/MWCNTs与La₂Mo₂O₇@MWCNTs的对电极,相同的条件下在光电池中获得的光电转换效率分别为6.09%和4.84%,明显高于MWCNTs的3.94%和La₂Mo₂O₇的0.87%。电极性能的提高可归因于La₂Mo₂O₇复合催化剂相对大的比表面积和高导电性。