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文檔簡介
1、染料敏化太陽能電池(dye sensitized solar cell, DSSC)具有低成本、高效率、無污染等特點。它由染料、納米多孔膜、電解質(zhì)和對電極構(gòu)成。光敏染料負載在納米多孔半導(dǎo)體電極上吸收太陽能,并將激發(fā)態(tài)電子注入納米半導(dǎo)體導(dǎo)帶,這是DSSC的關(guān)鍵組成部分。
酞菁(phthalocyanine, Pc)是分子結(jié)構(gòu)類似葉綠素和血紅素的大環(huán)共軛化合物。其可見光吸收較好,化學(xué)熱性能穩(wěn)定,合成成本低,結(jié)構(gòu)可修飾性強。獨特的光
2、物理與電化學(xué)性能使得酞菁在影印、液晶、傳感器、發(fā)光二級光、光療、太陽能電池等諸多領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。無取代酞菁溶解性差、難成膜、易集聚,限制了酞菁的應(yīng)用(例如限制了DSSC的光電轉(zhuǎn)化效率)。在酞菁大分子環(huán)上引入不同的有機取代基可以明顯改變性能。本文合成了6種兩大類新型平面雙核席夫堿鋅酞菁光敏染料。引入不同的取代基改變不對稱單核酞菁分子結(jié)構(gòu),席夫堿反應(yīng)連接形成共平面的雙核鋅酞菁,提高光電性能。
采用4-硝基鄰苯二甲腈分別與對
3、羥基苯甲酸、α-萘酚、β-萘酚、8-羥基喹啉、異丙醇、叔丁醇制備相應(yīng)的鄰苯二甲腈類衍生物;4-硝基鄰苯二甲腈、鄰苯二甲腈類衍生物和醋酸鋅在1,8-二氮雜環(huán)[5,4,0]十一碳-7-烯(DBU)的催化下合成含硝基的不對稱單核鋅酞菁;還原制備相應(yīng)的氨基酞菁;氨基酞菁與對苯二甲醛形成新型席夫堿平面雙核鋅酞菁:9(10),16(17),23(24)-三對羧基苯氧基-2(3)-對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-CPc),9(10),16(17),23
4、(24)-三-α-萘氧基-2(3)對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-α-NPc),9(10),16(17),23(24)-三-β-萘氧基-2(3)-對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-β-NPc),9(10),16(17),23(24)-三-8-喹啉氧基-2(3)-對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-QPc),9(10),16(17),23(24)-三異丙氧基-2(3)-對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-IPc),9(10),16(17),23(24)-三
5、叔丁氧基-2(3)-對苯甲亞胺基雙核鋅酞菁(bi-TPc)。
對合成的6種席夫堿平面雙核鋅酞菁進行紅外光譜、紫外-可見光譜、元素分析和核磁共振氫譜表征,比較它們在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液的紫外-可見光譜。結(jié)合紫外-可見光譜圖、循環(huán)伏安曲線、差分脈沖曲線,確定6種平面雙核席夫堿鋅酞菁的基態(tài)氧化電位和激發(fā)態(tài)電位能級位置,分別測量其組裝的DSSC的光伏性能。
結(jié)果表明,相比于無取代鋅酞菁(僅能在二甲基亞砜(DMS
6、O)和DMF部分溶解),本文合成的6種平面雙核席夫堿鋅酞菁在能較好地溶解于苯、氯仿、丙酮都有較好的溶解性;6種平面雙核席夫堿鋅酞菁染料敏化劑在DMF溶液中UV-Vis光譜的Q帶最大吸收峰大約在670-690 nm處;其激發(fā)態(tài)能級范圍在-0.87 V~-0.99 V之間,與納米TiO2導(dǎo)帶能級位置相匹配,總的光電轉(zhuǎn)換效率(η)分別是:0.774%,0.682%,0.905%,0.734%,0.564%,0.632%,得到了一定的的光電性能
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