卟啉-富勒烯体系光激发电子转移的理论研究

在分子水平研究新型人工光俘获材料对于太阳能电池的发展具有重要意义。本文采用TD-DFT方法研究了卟啉-富勒烯(P-C60)体系的光诱导电子转移过程。该过程由三个过程组成:(1)光激发过程,P-C60由基态激发至卟啉局域激发(LE)态;(2)电荷分离(CS)过程形成卟啉至富勒烯的电荷转移(CT)态;(3)电荷重组(CR)过程,CT态返回到基态。我们通过分析分子轨道指认了LE态和CT,并获得了这两个激发态的结构。采用广义Mulliken-Hush(GMH)方法计算体系电荷分离和电荷重组过程的态态间电子耦合,和实验测量的电子转移速率获得定性一致的结果。本工作为分析、预测光诱导电荷转移过程提供了有效的手段。     

共价键连卟啉-富勒烯化合物的研究进展

共价键连卟啉-富勒烯化合物由于在模拟生物体光合作用、光化学反应以及太阳能电池等领域中的重要作用而受到学术界的关注。本文介绍了共价键连卟啉-富勒烯化合物的合成方法、分类以及在模拟光合作用和光伏电池上的重要应用。     

哑铃型富勒烯化合物的光诱导电子转移反应

1,3-Dipolar cycloaddition of DTE-azomethine ylides (DTE: dithienyl-ethene) to C60 in refluxed toluene was used to synthesize novel dumbbell-type fullerene dimer 1. For the sake of comparison, the monoadduct 2 were also synthesized. The molecular geometries of these two compounds were determined by theoretical calculations with HF-3/21G method. UV-Vis and fluorescence experiments were carried out in solvents with different polarity at the room temperature. All the results indicated the existence of a photoinduced intramolecular electron transfer process between the donor and acceptor moieties.     

共价键连卟啉-富勒烯化合物的合成与表征

The covalently linked porphyrin-fullerene dyads were synthesized. The ligand 5-[4′-(4″-Phenoxybutoxy)phenyl]-N-(2-methyl)fulleropyrrolidine-10,15,20-tri-(p-methoxyphenyl)porphyrin (H₂P-C₆₀) was synthesized by 1,3 dipolar cycloaddition reaction with C₆₀, sarcosine and H₂P-CHO. The zinc porphyrin-fullerene was prepared by metalation of H₂P-C₆₀ and zinc acetate. The compounds were characterized by meams of IR, UV-Vis, ESI-MS, elemental analysis, and ¹H NMR.     

新型共价键连的富勒烯-卟啉化合物的合成与表征

为了构造一个具有有效电荷转移的给-受体体系,通过1,3-偶极加成反应,由5-[2-'(4″-醛基苯氧丙氧苯基)]-10,15,20-三苯基卟啉(H₂P-CHO)、肌氨酸和C₆₀首次合成了一种新的以共价键相连的富勒烯-卟啉配体(H₂P-C₆₀),同时用该配体制备了其锌配合物(ZnP-C₆₀),并用红外光谱、元素分析、电子光谱、核磁共振氢谱和质谱等方法进行了表征.     

光诱导下卟啉蒽醌化合物分子内电子转移过程的研究（Ⅱ）…

用ＥＳＲ研究了几种新型卟啉蒽醌化合物低温下光诱导产生分子内电子转移产物Ｐ＾＋·－ＡＱ＾－·自由基对。对比研究了不同卟啉配体、金属卟啉、有机碱轴向配位和溶剂对电子转移的影响。     

光诱导下卟啉蒽醌分子内电子转移过程的（Ⅰ）：荧光法

利用荧光手段对自制的３种卟啉蒽醌化合物及其锌配合物与母体卟啉进行了研究，计算了各种化合物单重激发态的能量Ｅｓ，荧光量子产率及荧光猝灭百分率。从荧光猝灭的角度证明了它们确实能在激发下进行分子内电子转移，形成分子内电荷分离态。同时探讨了有机碱的轴向配位及溶剂对ＰＡＱ化合物荧光性质的影响。     

卟啉-富勒烯络合物的合成

按照卟啉与富勒烯连接方式的不同,卟啉-富勒烯化合物可分为共价键连接和非共价键连接两种类型.共价键连接的卟啉-富勒烯化合物主要是通过环加成反应来合成,如1,3-偶极环加成反应、Diels-Alder环加成反应和Bingel-Hirsch环加成反应;非共价键连接的卟啉-富勒烯化合物主要是通过金属的轴向配位及氢键得到.本文综...     

苝醌／富勒烯C60超分子与电子给体的电子转移作用

利用紫外-可见吸收光谱、瞬态吸收光谱及x射线衍射等方法研究了苝醌染料竹红菌素镁离子配合物(Mg2+-HA)与富勒烯C60的相互作用.结果表明,Mg2+-HA与C60在溶液和固体状态下都能够形成稳定的超分子.Mg2+-HA 存在条件下,C60 能够溶于多种极性溶剂,在二甲基亚砜(DMSO)中的溶解度能够达到1×10-4mol·L-1.作为超分子体系中的光捕获分子,Mg2+-HA 能显著地提高C60 与N,N.二甲基苯胺(DMA)的光诱导电子转移反应效率,生成的C60 负离子自由基的电子自旋共振光谱(ESR)信号强度比未加入Mg2+-HA 时增强了9倍左右.     

光诱导下卟啉蒽醌化合物分子内电子转移过程的研究(Ⅱ)──顺磁共振法

用ESR研究了几种新型叶啉蒽醌化合物低温下光诱导产生分子内电子转移产物P+－AQ-自由基对．对比研究了不同卟啉配体、金属卟啉、有机碱轴向配位和溶剂对电子转移的影响．     

MP-C60(M=Zn,Cu,Co)化合物的合成、表征及光电转换性能研究

采用1,3-偶极环加成反应,合成了共价键连卟啉-富勒烯配体(H2P-C60)及配合物MP-C60(M=Zn,Cu,Co)。利用红外光谱、元素分析、紫外-可见光谱、核磁共振氢谱及质谱等手段对产物进行表征。同时对产物的光电转换性能进行了研究。光伏效应结果表明,产物具有优良的光电转换性能。尤其在O2/H2O介质电对中,光生电压值最大可达到195mV,镀层厚度在1μm时,光伏效应值最大。     

Photoinduced electron transfer dynamics in porphyrin donor dyads

Intramolecular photoinduced electron transfer (PET) processes occurring in dyads with a free base porphyrin-tetraazaanthracene donor (P) and either a tetracyanonaphthoquinidodimethane (TCQ) or benzoquinone (BQ) acceptor linked by a rigid six σ-bond polynorbornane bridge ([6]) have been investigated. For P[6]BQ, PET in the polar solvent benzonitrile (_s = 25.9) occurs with a rate constant (k_PET) of 1.6 × 10⁸ s⁻¹ but is not evident in solvents less polar than tetrahydrofuran (_s = 7.52). For P[6]TCQ, highly efficient forward PET occurs in both polar and non-polar solvents (k_PET > 2 × 10¹⁰ s⁻¹). For P[6]TCQ the lifetime of the resulting charge-separated state decreases markedly with increasing solvent polarity. The results are discussed in the context of the likely mechanisms for electronic coupling and current theories for PET processes in such linked molecular systems.     

四苯基卟啉对二苯并咪唑光电导性能的敏化

采用溶剂球磨分散法制备了四苯基卟啉(H₂TPP)/二苯并咪唑(Im-PTC)复合光生材料,用浸涂法将其制成功能分离型双层光导体.采用光致释电法对其光电导性能进行测试,发现在500nm下,由质量分数5%H₂TPP/40%Im-PTC复合光生材料制备的光导体的光敏性比单纯40%的Im-PTC制备的光导体提高了3.5倍,说明H₂TPP对Im-PTC有明显的敏化作用.进一步研究了该复合材料的电子结构,结果表明,H₂TPP与Im-PTC存在分子间的光致电荷转移,从而提高了电荷的光生和分离效率,增强了光导体的光敏性.     

酞菁-卟啉超分子的形成及光致电子转移过程

用吸收光谱的方法研究了溶液中四－（４’－Ｎ，Ｎ，Ｎ－三甲基）－苯氧基）酞菁季铵碘盐及它的锌络合物与四－（４’－磺酸基苯基）卟啉及它的锌络合物通过分子间自组装形成的新一类超分子排列的杂聚体，用Ｊｏｂ氏光度滴定的方法确定了它们的组成，为面对面的杂二聚体或三明治式的杂三聚体超分子排列，证实卟啉和酞菁的中心络合金属与溶剂分子之间的轴向配位是决定了卟啉，酞菁杂聚体的组成，发现在超分子体系中卟啉与酞菁能互相猝     

不同导电基底对TiO2薄膜光致亲水性的影响

分别在导电铝合金片(Al)和具有阳极氧化铝层的非导电铝片(AAO/Al), 以及铟锡氧化物导电玻璃(ITO/glass)和普通非导电玻璃(glass)表面通过提拉法制备出TiO2/Al和TiO2/AAO/Al, 以及TiO2/ITO/glass和TiO2/glass两组TiO2薄膜样品, 通过测试紫外光照下水滴接触角的变化考察TiO2薄膜的光致亲水性. 结果表明, 相对于TiO2/Al2O3/Al, 基底导电的TiO2/Al表现出较好的光致亲水性能; 而相对于TiO2/glass, 基底导电的TiO2/ITO/glass表现出较差的光致亲水性能. 分析认为, Al和ITO两导电基底和TiO2薄膜间的不同电子转移方向影响TiO2薄膜的光致亲水性能, Al片提供电子给TiO2有助于提高以光生电子为主要初级活性物种的光致亲水性, 而ITO接受TiO2的光生电子, 导致光致亲水性的下降.     

用于监控过氧化氮的近红外荧光探针的光物理性质及PET机理

含有机硒的七甲川菁染料是基于光诱导电子转移(PET)的近红外(IR)荧光探针, 能在生理条件下高灵敏、高选择性地监控过氧化氮. 本文应用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算方法研究其光物理性质和PET机理.结果表明, 在激发态, 荧光母体发生最高占有分子轨道(HOMO)到最低非占有分子轨道(LUMO)的电子跃迁, 识别基团上的HOMO轨道能级提高到荧光母体的单电子占据的HOMO轨道能级之上, 并向其转移一个电子, 使激发态电子回落过程受阻而导致荧光部分淬灭. 硒被氧化后, 识别基团上的HOMO轨道能级降低, PET过程被阻断, 荧光发射恢复. 研究进一步证明, PET效应来自于识别基团上苯胺N原子的p电子, 它的电子转移能力受到其对位苯硒基的氧化-还原状态的影响, 产生了荧光信号的“开-关”作用.     

光致电子转移对Rhodamine 6G基态分子结构影响的非共振Raman光谱研究

基于非共振Raman 光谱和量子化学计算, 研究了在纯电子给体N,N-二乙基苯胺(DEA)溶剂中Rhodamine 6G (Rh6G⁺)基态分子结构的变化, 这有利于理解该体系中的光致分子间电子转移(PIET). 与PIET相耦合的所有振动模式已被确定和指认. 结果表明: 对应于氧杂蒽环且位于675 cm^-1处最主要的振动模式对PIET 有着至关重要的贡献; 通过与电荷转移复合物(Rh6G/DEA⁺)的发色团芳香族环的C―C伸展振动模式作比较, C=C伸展振动对PIET的影响更敏感. 本文的研究工作能为具有合适电子转移特性的光伏器件中分子结构或溶剂环境的设计提供新颖的观点.