基于苝二酰亚胺的新型线性太阳能电池敏化染料的合成及性质研究

【摘要】：苝二酰亚胺(Perylene tetracarboxylic acid diimide,简称PDI)类衍生物具有优异的热和光化学稳定性,对可见区到红外区的光有很强的吸收,是一种具有独特的光化学和光物理性质的有机光电材料。在有机太阳能转化、光导体、电致发光、有机-无机复合半导体材料、光放大、激光染料、生物荧光探针、荧光聚集体、液晶材料等功能性方面有着广泛的应用前景 为了满足PDI化合物在不同领域的应用,通过对其结构进行化学修饰,以控制苝二酰亚胺类化合物的性质,或者把多个PDI单元通过连接基结合在一个分子中,可以获得具有新颖的光电性质的化合物。基于此,我们合成了一系列含多功能团的苝二酰亚胺衍生物并对其性能进行了研究。本文工作主要集中在以下几个方面： 第一章：概述了PDI及其衍生物的基本性质、综述了近年来线性苝二酰亚胺超分子聚集体研究进展以及花二酰亚胺及其衍生物作为敏化剂在染料敏化太阳能电池中的应用研究进展。 第二章：我们设计合成了一系列线性PDI的敏化剂,即PN, PO-PN和PO-PO-PN。这些化合物在可见-近红外区域具有较高的摩尔消光系数和较宽的吸收光谱。将这些化合物用于染料敏化太阳能电池,可以提高二氧化钛薄膜的光吸收和收集效率。通过吸收和荧光光谱证明了在PO和PN间存在能量转移,且根据荧光淬灭效率估算的能量转移效率几乎为100%。IPCE光谱揭示了PO部分对太阳能转换的贡献,说明通过分子内的单线态-单线态能量转移来提高吸附在二氧化钛膜上的染料的光吸收能力是可行的方法。讨论了通过设计新颖的PDI衍生物来提高电池的效率所必须注意的问题。这些信息对发展新一代的PDI太阳能电池敏化剂具有重要的指导意义。 第三章：合成并且表征了对苯二胺作为连接基,PO和PN相连接的D-A体系化合物PO-PN、PO-PO-PN和PO-PO-PO-PN,作为对比我们还合成了参比化合物PO-PO,PO-PO-PO。 第四章：分别测定了化合物PO-PN, PO-PO-PN, PO-PO-PO-PN及其参比化合物的稳态吸收和荧光光谱,测定了这些化合物的荧光量子产率。当选择性的激发PO部分时,发生PO向PN的能量传递,这种能量传递效率高达99%。而且由于分子中PO连接数目的不同,PO部分的荧光发生了不同程度的淬灭。此外,根据实验数据,我们还通过Forster能量转移理论计算了系列化合物的能量转移速率和效率。当选择性的激发PN时,发生从PN到PO的电子转移。由于分子中PO连接数目的不同,这种电子转移效率按PO-PN, PO-PO-PN, PO-PO-PO-PN的顺序依次增大,而且在极性溶液中能提高光致电子转移效率。这些信息对于设计新的人工光合作用体系具有指导意义。 【关键词】：苝二酰亚胺 线性 染料敏化太阳能电池 光物理性质 能量传递 电子转移
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ610.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-35
• 第一节 概述9-10
• 第二节 苝二酰亚胺类化合物的基本性质10-16
• 第三节 线性苝二酰亚胺超分子聚集体16-22
• 第四节 苝二酰亚胺及其衍生物在染料敏化太阳能电池中的研究进展22-26
• 参考文献26-35
• 第二章 具有长程能量转移功能的新型苝二酰亚胺太阳能电池敏化染料的合成与性能35-63
• 第一节 引言35-37
• 第二节 实验部分37-49
• 第三节 结果与讨论49-57
• 第四节 本章小结57-58
• 参考文献58-63
• 第三章 线性苝二酰亚胺聚集体的合成及结构表征63-77
• 第一节 引言63-65
• 第二节 实验部分65-73
• 第三节 本章小结73-75
• 参考文献75-77
• 第四章 线性苝二酰亚胺聚集体的能量传递和电子转移研究77-90
• 第一节 引言77-78
• 第二节 线性苝二酰亚胺聚集体的光物理性质测试78-83
• 第三节 线性苝二酰亚胺聚集体光致能量和电子转移的竞争83-88
• 第四节 本章小结88-89
• 参考文献89-90
• 硕士期间发表的论文90-91
• 致谢91-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

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