錸系列金屬配合物作為染料敏化劑性能的理論研究.pdf

1、隨著能源的過度開發(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之一。其中，太陽能成為解決能源危機的首選新能源。近年來，制作成本低廉、安全環(huán)保的染料敏化太陽能電池(DSSC)得到很多科研工作者的廣泛關注和研究。但是，目前為止染料敏化太陽能電池對太陽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鍵所在。染料敏化劑對于整個光轉化和電子傳輸過程起著至關重要的作用，設計開發(fā)新型高效的染料敏化劑有望提高染料敏化太陽能電池的

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，如：穩(wěn)定的化學和光化學性質、較長的激發(fā)態(tài)壽命、較高的氧化還原電勢和較好的可見光吸收能力等，也越來越多地引起人們的關注，希望通過對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)展快速的計算機技術使得理論計算更加準確可靠，通過理論計算給實驗工作者提供切實可行的理論指導，大大降低實驗成本，提高研究效率。

3、r>　　本論文的主要研究重點就是通過修飾改變配體從而設計開發(fā)新型高效能的錸(I)配合物染料敏化劑。研究工作主要是應用量子化學計算方法，基于分子的電子結構，并結合溶劑化作用，深入地分析所設計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，并討論其作為染料敏化劑敏化性能相關參數(shù)對DSSC的影響，從本質上解釋幾何結構與光電性質的關系，預測所設計的金屬錸染料敏化分子的性能，希望該理論工作能夠對性能更好為新敏化材料的設計和合成提供理論指導。

4、主要內容如下：
　　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)目和位置的不同對三羰基錸(I)配合物Re(CO)3Cl(HnL)電子結構和光譜性質的影響，并通過計算相關參數(shù)評估其作為DSSC的染料敏化劑的潛在應用價值。計算結果表明，羧基數(shù)目和位置的不同會影響前線分子軌道的性質，特別是對LUMO軌道影響大于HOMO軌道，進而改變染料敏化分子的吸光能力和電子傳輸能力，影響DSSC的工作效率。新設計的染料分子a2和b9

5、較母體和其他設計染料分子有更好的敏化性能。
　　2.用理論計算方法研究了連接在鄰二氮雜菲配體上的官能團吸電子和給電子能力的大小對錸(I)配合物的電子結構和光譜性質以及其作為染料敏化分子性能的影響。結果表明， LUMO軌道的能量隨著官能團吸電子能力增強明顯減小，最終使得HOMO-LUMO間的能級差減??；吸收能力隨之增加，吸收光譜發(fā)生紅移，順序為：D2