氢卟啉和镁卟啉分子溶剂效应的理论研究

采用溶剂场极化连续模型在密度泛函B3LYP/6-31G (D)水平上研究了氢卟啉和镁卟啉分子在四氢呋喃(THF)、二甲基亚砜(DMSO)、二氯甲烷(CH2Cl2)、氯仿(CHCl3)这四种不同极性的溶剂环境中的几何结构和分子轨道能级, 从而研究了溶剂效应引起的分子几何构型和轨道能级的变化. 然后采用上述溶剂环境下优化的几何结构在含时密度泛函水平上计算了它们的激发能、吸收波长、跃迁组成和振荡强度. 理论计算结果表明, 对比真空条件下的氢卟啉和镁卟啉分子的几何结构, 溶剂场中两种卟啉分子的几何结构都发生了微弱的变化, 这种变化随溶剂介电常数的增大而有所增强. 计算结果表明溶剂环境中氢卟啉和镁卟啉分子的电子吸收光谱发生了普遍的红移, 结合分子轨道理论对这种变化给出了可能的解释. 在此基础上, 对这种包含溶剂效应的理论分析方法用于检验卟啉类化合物作为染料敏化太阳能电池光敏剂的可行性作了进一步的探讨.     

利用ESR技术研究α-蒎烯,β-蒎烯光敏氧化反应机理

本文主要利用电子顺磁共振(ESR)自旋捕获技术研究9,10 二氰基蒽(DCA)敏化α-蒎烯(αP),β-蒎烯(βP)光氧化反应.提供了在乙腈中α-蒎烯和β-蒎烯的光氧化反应过程中存在超氧负离子基(O₂^-)和单重态氧(¹O₂)的直接证据;在四氯化碳溶剂中只捕获到¹O₂;在正己烷中没有捕获到O₂^-或¹O₂.ESR实验结果进一步证明在乙腈中光敏氧化反应的¹O₂可能来自O₂^-和反应底物α、β-蒎烯正离子自由基之间的电荷复合(CR).     

苯基磷酸联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO2薄膜电极光电性能研究

用有机光敏染料敏化半导体,通过染料分子的吸附功能基团与半导体相互作用,使染料分子与半导体表面之间建立电性耦合,进行有效的电荷转移,可以形成有机-半导体复合新型光电功能材料。联吡啶钌络合物有较强的可见光吸收、氧化还原性能可逆、氧化态稳定性高,是一类性能优越的有机光敏染料。近来许多研究发现,羧酸联吡啶钌的强吸附与TiO₂纳晶薄膜的大比表面相结合,导致光生电荷快速注入TiO₂导带达到有效的电荷分离,得到了接近100%的单色光光电流效率^[1]。为研究联吡啶钌分子的不同吸附功能基团与TiO₂纳晶薄膜表面的相互作用对提高光电性能的影响,本文报道苯基磷酸取代的联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO₂薄膜的光电性能。     

有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究

利用静电纺丝技术, 在TiO₂纳米粒子上电纺一层网状TiO₂纳米纤维微孔膜作为光散射层, 并在TiO₂纳米粒子中掺杂少量MgO以抑制电子和空穴的复合, 得到TiO₂纳米纤维/纳米粒子复合光阳极用于染料敏化太阳能电池. 将这种光阳极分别与有机三苯胺染料SD2, SD3或钌染料N719及鹅脱氧胆酸(CDCA)共敏化时, 在AM 1.5 (100 mW/cm²)的模拟太阳光照射下, 染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到6.35%～8.85%. 同时, 使用半固态电解质可以达到液态电解质90%的光电转换效率.     

新型感可见光的染料鎓盐光引发体系

本文报道了一种新型感可见光的引发体系-曙红双(二苯基碘鎓盐)(Eo(IPh_2)_2).在基态,这种体系具有良好的热稳定性,而在激发态时能发生离子对内光诱导电子转移反应,导致其发生漂白和碘鎓盐的分解反应,产生具有引发作用的自由基.该体系适用于一般烯类单体的自由基聚合,其中时丙烯酸酯类单体效果最好.在以甲基丙烯酯甲酯(MMA)为单体时,聚合反应速度满足动力学方程:R_p=l[Eo(IPh_2)_2]~(0.38)[MMA],并求得聚合反应的活化能E_c=7.00kcal/mol.氧在Eo(IPh_2)_2光敏引发聚合中,既起自由基聚合阻聚剂的作用,又起引发剂三重态猝灭剂作用     

聚吡咯/石墨复合对电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

通过化学氧化法制备了聚吡咯纳米粒子, 并将其与石墨共混旋涂于ITO导电玻璃上, 作为染料敏化太阳能电池的对电极. 通过SEM观察到聚吡咯纳米粒子粒径在80～100 nm之间, 循环伏安测试表明聚吡咯电极对I₂/I^－电解质氧化还原体系具有较好的催化能力. 光伏电池的电化学交流阻抗测试结果说明掺入石墨后可有效降低聚吡咯对电极的电荷转移阻抗. 以钌染料N719为光敏剂, 聚吡咯/石墨复合电极为对电极组装成的染料敏化太阳能电池, 在AM 1.5 (100 mW•cm^－2) 的模拟太阳光照射下, 得到6.01%的光电转换效率, 达到相同条件下铂对电极性能的92%.     

三苯胺类染料敏化太阳能电池能量转化效率的全息定量构效关系研究

研究构建了三苯胺类化合物分子结构与相应染料敏化太阳能电池能量转化效率(PCE)之间的全息定量构效关系(HQSAR)模型。当fragment distinction、fragment size、hologram length和principal components分别为“C、DA”、“4-7”、“199”和“6”时,可以获得最优HQSAR模型。采用外部测试集验证和留一交叉验证对所建立模型进行检验,外部测试集验证中CCC和 Q2F3分别为0.933和0.892,留一交叉验证中其q2cv和r2分别为0.791和0.902,表明所建立模型具有较好的拟合效果和预测能力。通过所建立HQSAR模型的分子贡献图可知,环戊并二噻吩基团的存在有利于提高PCE值,长烷基链的存在可能降低PCE值。     

锌卟啉自组装在染料敏化太阳能电池中的应用

制备了2种锌卟啉天线分子P2与P3，并通过自组装的方法成功地将这些天线分子应用到了染料敏化太阳能电池之中。与传统的D-π-A结构的染料相比，这种策略显示出了明显的优势：可以避免复杂的合成步骤，还可以通过调节天线分子和锚固基团的结构去改善染料的光子捕获能力并减少电荷复合行为。当4-吡啶-4-基苯甲酸（A）作为锚固基团时，经过分子自组装之后，基于A-P2的电池器件显示出了1.68%的转换效率，开路电压为526 mV，短路电流密度为5.39 mA·cm^-2，这充分说明了自组装策略在染料敏化太阳能电池中得到了很好的应用。而基于A-P3的电池器件能量转换效率只有0.79%，这可能主要是因为天线分子P3较大的位阻减小了染料吸附量的原因造成的。我们另外也测试比较了它们在光学、电化学、光伏性能等方面的差异。     

染料敏化太阳电池大面积化及产业化研究（摘要）

染料敏化太阳电池（DSC）是一种新型光伏电池。本文从高效率化和长期耐久性两方面分析了目前制约DSC产业化的因素,并综述了解决这些问题的最新研究成果。重点论述了世界DSC产业化研究的最新动态,并对这一新型太阳电池产业化的未来发展方向及发展前景进行了展望。