α,ω-亞烷基二胺雙十二酰胺類有機(jī)小分子膠凝劑自組裝的動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、作為新一代光伏太陽電池中最具發(fā)展?jié)摿Φ碾姵仡愋椭?，染料敏化太陽電?DSC)一直是研究界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。多年來，研究者在優(yōu)化或改善電池的組成部件的結(jié)構(gòu)或者尋找新材料以提高電池效率方面做了大量的探索工作。在傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)中加入膠凝劑形成凝膠體系制備而成的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)既可以最大限度保持液態(tài)電解質(zhì)的高遷移率，又具有固態(tài)電解質(zhì)的長期穩(wěn)定性，同時(shí)有效解決了電池密封問題，因此成為了研究界密切關(guān)注的領(lǐng)域。不同類型的膠凝劑分子是制備準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的

2、關(guān)鍵成分;其中二胺類化合物因其自組裝效果好、分子結(jié)構(gòu)簡單和原料成本低廉等特點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。該類化合物同系物的結(jié)構(gòu)差異主要在于兩酰胺鍵之間含有不同的數(shù)量的亞甲基基團(tuán)（-CH2-）以及兩酰胺基團(tuán)外側(cè)所連的不同類型的R基團(tuán)。本實(shí)驗(yàn)室前期實(shí)驗(yàn)表明亞甲基基團(tuán)數(shù)目對于二胺類小分子膠凝劑的宏觀形貌具有決定性的影響，繼而可影響太陽電池的效率。鑒于實(shí)驗(yàn)手段無法直觀觀測分子層面上的相互作用，而分子動(dòng)力學(xué)(MD)可以從分子間相互作用角度闡明膠凝劑分子在動(dòng)態(tài)

3、過程中的構(gòu)象變化、組裝過程和組裝方式，故可建立分子結(jié)構(gòu)和組裝方式以及宏觀形貌間的內(nèi)在聯(lián)系，有助于對有機(jī)小分子膠凝劑的選擇和設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。本工作對兩種分子結(jié)構(gòu)間只相差一個(gè)亞甲基的體系N，N'-1，8-亞辛基二胺雙十二酰胺（膠凝劑A）和N，N'-1，9-亞壬基二胺雙十二酰胺（膠凝劑B）進(jìn)行了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模擬研究，旨在明確(1)兩類分子間自組裝模式的動(dòng)力學(xué)特征和組裝特點(diǎn);(2)兩類分子自組裝模式和宏觀形貌間的關(guān)系;(3)溶劑對分子自

4、組裝過程的影響。
　　本論文的第一部分首先對本工作的背景和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)。第二部分則主要對分子動(dòng)力學(xué)方法本身進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。
　　第三到第五部分為論文主體。其中，第三部分對規(guī)則排列的簡單膠凝劑A和B體系進(jìn)行了長時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模擬，對其組裝形式和體系內(nèi)部的相互作用力進(jìn)行了系統(tǒng)研究;系統(tǒng)比較了結(jié)構(gòu)類似、初始結(jié)構(gòu)類似的兩類分子的動(dòng)力學(xué)組裝模式差異和起主導(dǎo)的相互作用力貢獻(xiàn)。
　　第四部分主要對隨機(jī)分布的復(fù)雜膠凝劑A和B體

5、系進(jìn)行了長時(shí)間動(dòng)力學(xué)模擬，并對其組裝形式和內(nèi)部作用力進(jìn)行了比較分析。該部分工作與第一部分工作進(jìn)行比較，旨在明確膠凝劑分子的組裝模式在復(fù)雜體系、隨機(jī)分布的初始條件設(shè)置下的變化情況。
　　第五部分為膠凝劑分子體系在溶劑對自組裝模式的影響。第六部分為總結(jié)與展望。
　　針對目前對于特定電解質(zhì)應(yīng)選擇何種類型的膠凝劑的研究仍主要采用trail-and-error模式，本工作對合理選擇和設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子膠凝劑，進(jìn)一步促進(jìn)DSC電池