錸系列金屬配合物作為染料敏化劑性能的理論研究.pdf

1、隨著能源的過(guò)度開(kāi)發(fā)和消耗，發(fā)展和利用可再生循環(huán)的新能源和新能源材料成為全球研究熱點(diǎn)之一。其中，太陽(yáng)能成為解決能源危機(jī)的首選新能源。近年來(lái)，制作成本低廉、安全環(huán)保的染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)得到很多科研工作者的廣泛關(guān)注和研究。但是，目前為止染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)能的利用率仍然較低，如何提高其工作效率是研究工作的關(guān)鍵所在。染料敏化劑對(duì)于整個(gè)光轉(zhuǎn)化和電子傳輸過(guò)程起著至關(guān)重要的作用，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型高效的染料敏化劑有望提高染料敏化太陽(yáng)能電池的

2、工作效率。
　　目前以釕(Ⅱ)配合物作為染料敏化劑應(yīng)用到DSSC的研究最為廣泛，而錸(I)配合物由于自身的一些特有的優(yōu)點(diǎn)，如：穩(wěn)定的化學(xué)和光化學(xué)性質(zhì)、較長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命、較高的氧化還原電勢(shì)和較好的可見(jiàn)光吸收能力等，也越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注，希望通過(guò)對(duì)錸配合物的研究可以合成得到新型的、高性能的染料敏化劑。發(fā)展快速的計(jì)算機(jī)技術(shù)使得理論計(jì)算更加準(zhǔn)確可靠，通過(guò)理論計(jì)算給實(shí)驗(yàn)工作者提供切實(shí)可行的理論指導(dǎo)，大大降低實(shí)驗(yàn)成本，提高研究效率。

3、r>　　本論文的主要研究重點(diǎn)就是通過(guò)修飾改變配體從而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型高效能的錸(I)配合物染料敏化劑。研究工作主要是應(yīng)用量子化學(xué)計(jì)算方法，基于分子的電子結(jié)構(gòu)，并結(jié)合溶劑化作用，深入地分析所設(shè)計(jì)錸系列的染料敏化劑分子的基態(tài)、激發(fā)態(tài)和吸收光譜的性質(zhì)，并討論其作為染料敏化劑敏化性能相關(guān)參數(shù)對(duì)DSSC的影響，從本質(zhì)上解釋幾何結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)的關(guān)系，預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的金屬錸染料敏化分子的性能，希望該理論工作能夠?qū)π阅芨脼樾旅艋牧系脑O(shè)計(jì)和合成提供理論指導(dǎo)。

4、主要內(nèi)容如下：
　　1.用DFT和TDDFT深入研究了連在鄰二氮雜菲配體上的羧基數(shù)目和位置的不同對(duì)三羰基錸(I)配合物Re(CO)3Cl(HnL)電子結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)的影響，并通過(guò)計(jì)算相關(guān)參數(shù)評(píng)估其作為DSSC的染料敏化劑的潛在應(yīng)用價(jià)值。計(jì)算結(jié)果表明，羧基數(shù)目和位置的不同會(huì)影響前線分子軌道的性質(zhì)，特別是對(duì)LUMO軌道影響大于HOMO軌道，進(jìn)而改變?nèi)玖厦艋肿拥奈饽芰碗娮觽鬏斈芰?，影響DSSC的工作效率。新設(shè)計(jì)的染料分子a2和b9

5、較母體和其他設(shè)計(jì)染料分子有更好的敏化性能。
　　2.用理論計(jì)算方法研究了連接在鄰二氮雜菲配體上的官能團(tuán)吸電子和給電子能力的大小對(duì)錸(I)配合物的電子結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)以及其作為染料敏化分子性能的影響。結(jié)果表明， LUMO軌道的能量隨著官能團(tuán)吸電子能力增強(qiáng)明顯減小，最終使得HOMO-LUMO間的能級(jí)差減小；吸收能力隨之增加，吸收光譜發(fā)生紅移，順序?yàn)椋篋2