染料敏化太陽電池中卟啉敏化劑和鈷基電解質(zhì)的研究.pdf

1、由于染料敏化太陽電池（Dye Sensitized Solar Cell，DSSC）具有成本低、易制作、原料充足以及綠色環(huán)保等特點，因此成為了替代硅基太陽電池和薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的有力候選。
　　染料光敏化劑和電解質(zhì)作為染料敏化太陽電池的重要組成部分，受到了人們極大的關(guān)注。卟啉類敏化劑以其較好的光響應(yīng)能力、相對較高的摩爾吸光系數(shù)以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點成為近年來染料敏化太陽電池領(lǐng)域的研究熱點。而鈷基配合物電解質(zhì)因具有較低

2、的氧化還原電對、較大的開路電壓以及能夠有效地抑制電子復(fù)合等特點吸引著研究人員的探索熱情。
　　本論文作為國家自然科學(xué)基金項目（ NO.21171084）與973項目子課題（2011CBA00701）的部分工作，主要取得了以下幾個方面的研究成果：
　　一、ZnYD系列卟啉敏化劑化合物的理論研究
　　采用密度泛函理論（DFT）的方法，在 B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體ZnYDR（R=H）和B-H（B、C、D、

3、E、F、G、H）七種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算，確保了供體和受體組成分子的可行性。采用相同的方法對組成的ZnYD系列候選分子（ZnYDB、ZnYDC、ZnYDD、ZnYDE、ZnYDF、ZnYDG、ZnYDH）及參比分子（YD2-o-C8，SM315）進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用含時密度泛函理論（TD-DFT）的方法，在 B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候

4、選分子和參比分子在四氫呋喃（THF）中的電子吸收光譜，并對ZnYD系列候選分子與參比分子進行了分子軌道能級、分子軌道分布和電子吸收光譜的比較和分析。計算結(jié)果表明，SM315和 ZnYD系列分子在600~700nm出現(xiàn)電子吸收，這預(yù)示著苯并噻二唑有助于SM315和ZnYD系列分子的Q帶吸收峰紅移。
　　二、ZnSM系列卟啉敏化劑化合物的理論研究
　　采用DFT的方法，在B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體ZnSMR（R

5、=H）和 C-G（C、D、E、F、G）五種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算，確保了供體和受體組成分子的可行性。采用相同的方法對組成的ZnSM系列候選分子（ZnSMC、ZnSMD、ZnSME、ZnSMF、ZnSMG）及參比分子（YD2-o-C8， SM315）進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用TD-DFT的方法，在B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候選分子和參比分子在 T

6、HF中的電子吸收光譜。計算結(jié)果表明， SM315和 ZnSM系列分子在650-680nm處有電子吸收，這預(yù)示著苯并噻二唑有助于SM315和ZnSM系列分子的Q帶吸收峰紅移。
　　三、ZnPor系列卟啉敏化劑化合物的理論研究
　　采用DFT的方法，在B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體ZnPorR（R=H）和A-G（A、B、C、D、E、F、G）七種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算，確保了供體和受體組

7、成分子的可行性。采用相同的方法對組成的ZnPor系列候選分子（ZnPorA、ZnPorB、ZnPorC、ZnPorD、ZnPorE、ZnPorF、ZnPorG）及參比分子（YD2-o-C8，SM315）進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用TD-DFT的方法，在B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候選分子和參比分子在THF中的電子吸收光譜，計算結(jié)果表明SM315和除了ZnPorA之外的ZnPor

8、系列分子在650-670nm處都有吸收，這預(yù)示著苯并噻二唑有助于SM315和除了ZnPorA之外的ZnPor系列分子的Q帶吸收峰紅移。
　　四、CoTpy系列鈷基電解質(zhì)化合物的理論研究
　　采用DFT的方法，在B3LYP/LANL2DZ水平上對CoTPy系列候選分子和參比分子 FK269在正二價態(tài)下進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算。然后在分子正二價態(tài)下，對它們的分子軌道能級進行了計算。最后采用 TD-DFT的方法，在 B3LYP/L

9、ANL2DZ水平上對候選分子和參比分子在 THF中的電子吸收光譜進行了計算，計算結(jié)果表明CoTpy1和CoTpy2可能最適合作為做DSSC中的電解質(zhì)。
　　五、1,3-二（吡啶-2-基）吡唑的合成
　　聯(lián)吡啶類配體具有結(jié)構(gòu)易修飾及化學(xué)穩(wěn)定性相對較強等性質(zhì)，因此其不僅在有機合成領(lǐng)域中具有重要的地位，而且還被廣泛地用于合成金屬螯合配合物。在染料敏化太陽電池中，以聯(lián)吡啶類化合物作為配體的鈷基聯(lián)吡啶類配合物電解質(zhì)因具有較低的氧化還原