TiO2表面吸附有機(jī)分子的振動(dòng)分辨光譜的理論研究.pdf

1、光致電荷轉(zhuǎn)移是有機(jī)染料敏化太陽能電池的核心過程，當(dāng)光照射在有機(jī)染料分子上時(shí)，電子被激發(fā)轉(zhuǎn)移到受體分子半導(dǎo)體上。從微觀上研究染料分子與半導(dǎo)體晶體之間的界面結(jié)構(gòu)和發(fā)生在染料和分子之間的電荷轉(zhuǎn)移對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)太陽能電池的工作原理、優(yōu)化太陽能電池的結(jié)構(gòu)、提高太陽能電池的效率、以致設(shè)計(jì)高效的太陽能電池具有一定的指導(dǎo)意義。因此本論文以有機(jī)染料香豆素343吸附到半導(dǎo)體TiO2為例，從理論上研究并預(yù)測(cè)了C343-TiO2體系界面處的可能構(gòu)型、光譜和其中

2、的電荷轉(zhuǎn)移過程。具體而言，本論文分兩部分，前半部分簡(jiǎn)單介紹光致電荷轉(zhuǎn)移過程和光譜的基本原理和計(jì)算方法;后半部分以香豆素C343分子吸附在二氧化鈦表面上作為染料敏化太陽能電池的例子，研究了有機(jī)分子的光譜性質(zhì)及其中的電荷轉(zhuǎn)移過程。得到的結(jié)論如下:
　　經(jīng)過對(duì)比優(yōu)化后C343-Ti9O18體系基態(tài)的能量，得知吸附后界面處為雙鍵螯合和單鍵吸附方式的體系更穩(wěn)定。計(jì)算所得光譜發(fā)現(xiàn)，無論是普通拉曼光譜，還是共振拉曼光譜都對(duì)染料分子C343或C3

3、43-TiO2體系的構(gòu)型變化非常敏感，因此兩者都可作為指認(rèn)構(gòu)型、界面結(jié)構(gòu)的一種有效工具。計(jì)算中被證明與實(shí)驗(yàn)值一致的共振拉曼光譜已被用來指認(rèn)C343可能的異構(gòu)體和C343-TiO2的構(gòu)型。經(jīng)過更進(jìn)一步的分析得知，無論是純?nèi)玖戏肿覥343，還是C343-TiO2體系，它們的共振拉曼光譜在低頻區(qū)都具有較高的拉曼強(qiáng)度，而它們的普通拉曼光譜在低頻區(qū)幾乎無可見峰，導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的原因主要是由于體系被激發(fā)后，染料分子片段的環(huán)呼吸振動(dòng)對(duì)激發(fā)態(tài)的影響較

4、大。對(duì)體系C343-TiO2的共振拉曼光譜來說，400-1000cm-1（低頻區(qū)）出現(xiàn)的峰，體現(xiàn)的是團(tuán)簇片段中Ti-O振動(dòng)與染料分子片段中環(huán)呼吸振動(dòng)的相互作用。1000-1800cm-1（高頻區(qū)）的峰，主要來自于染料分子C343片段。當(dāng)然與純?nèi)玖戏肿覥343的共振拉曼光譜相比，兩者具有顯著的不同。這是由于吸附后電荷的重新分布以及界面處各異的鏈接方式導(dǎo)致的。值得一提的是，對(duì)體系C343-TiO2來說，其局域激發(fā)態(tài)的共振拉曼光譜和電荷轉(zhuǎn)移態(tài)