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含羰基衍生物的芳香化合物的设计合成与光电性能研究

发布时间:2018-02-24 16:38

  本文关键词: 光电材料 羰基衍生物 染料敏化电池 出处:《复旦大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:含有羰基衍生物的芳香化合物,由于具有良好的电荷传输性能和光吸收响应,在光电材料中得到了广泛的应用,但在染料敏化电池中的应用相对较少。因此,基于这一类结构,我们设计并合成了一系列新型的推拉电子结构的共轭分子染料,通过羰基衍生物官能团的引入,有效的调节了分子的各项性能。通过系统研究其光电性质,我们考察了这类拉电子基团对于共轭结构和分子内电荷转移作用的影响,并且应用于染料敏化太阳能电池中。具体研究内容如下:1.设计并合成了以二联噻吩-3,3'-羧酸酐为受体和键合基团的新型染料,通过在两端引入三苯胺给体基团,构造了双给体结构。通过改变给体与受体间噻吩环的数量,有效调节分子的推拉电子作用。在引入两个噻吩单元后,其在二氧化钛薄膜上的吸收红移了30 nm,并极大的提高了消光系数。对于这类染料的电池性能进行了研究,通过调节添加剂的浓度,我们优化了电池条件,并对于酸酐类染料进行了开环质子化处理,最终在准固态电池中,表现出了更好的电池性能。2.设计并合成了以苯并二酰亚胺为中心的推拉电子结构分子。通过在酰亚胺基团的氮原子上取代烷基链,有效提高了分子的溶解性。通过改变末端三苯胺基团上烷氧基链的长度,调控了分子间作用,密度泛函理论计算表明,苯并二酰亚胺与相邻共轭环存在位阻效应,造成了分子骨架的极大扭曲,抑制了电子由给体向末端受体的传递,这也就导致了电池工作时,激发态的电子不能有效地注入到电极中,影响了电池性能。3.设计并合成了以苯并二吡咯烷酮为中心核的染料分子。一端引入三苯胺基团作为电子给体,另一端加入氰基乙酸基团,形成了折线型的D-π-A-π-A染料。该类染料分子的吸收覆盖了整个可见光区,在氯仿溶液中的最大吸收波长达到531 nm,表现出很好的光响应特性。通过在酰胺的氮原子上引入烷基链,有效的提高了染料分子的溶解性,并抑制了分子间的相互作用。因此我们初步探索了其在染料敏化太阳能电池中的应用。
[Abstract]:Aromatic compounds containing carbonyl derivatives have been widely used in optoelectronic materials because of their good charge-transfer properties and photoabsorption response. However, they have relatively few applications in dye sensitized batteries. We have designed and synthesized a series of novel conjugated molecular dyes with push-pull electronic structure. By introducing the functional groups of carbonyl derivatives, we have effectively regulated the properties of the molecules. We have investigated the effects of these electron-pulling groups on the conjugate structure and intramolecular charge transfer. And it has been used in dye sensitized solar cells. 1. A novel dye with dithiophene-3o-3-carboxylic anhydride as the receptor and bond group was designed and synthesized. The donor group of trianiline was introduced at both ends. By changing the number of thiophene rings between donors and receptors, we can effectively regulate the push-pull electron interaction of molecules. After the introduction of two thiophene units, The absorption red shift on titanium dioxide thin film is 30 nm, and the extinction coefficient is greatly improved. The performance of this kind of dye is studied. By adjusting the concentration of additive, we optimize the condition of the cell. And the acid anhydride dyes were treated by ring opening protonation, and finally in the quasi solid state battery, Demonstrated better battery performance. 2. Design and synthesis of push-pull electronic structure molecules centered on benzodiimide. By replacing alkyl chains on nitrogen atoms of imide groups, The intermolecular interaction is regulated by changing the length of alkoxyl chain on the terminal trianiline group. The density functional theory calculation shows that there is a steric resistance effect between benzodiimide and adjacent conjugate ring. This results in a great distortion of the molecular skeleton, which inhibits the transfer of electrons from donor to terminal receptors, which causes the electrons in the excited state to be effectively injected into the electrode when the battery is working. The dye molecule centered on benzodipyrrolidone was designed and synthesized. A linear D- 蟺 -A- 蟺 -A dye is formed. The absorption of D- 蟺 -A- 蟺 -A dye molecules covers the entire visible light region, and the maximum absorption wavelength in chloroform solution reaches 531 nm, showing a good photoresponse property by introducing alkyl chains into the nitrogen atom of the amide. It can effectively improve the solubility of dye molecules and restrain the intermolecular interaction. Therefore, we have explored its application in dye sensitized solar cells.
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4

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