铼、钌系列金属配合物作为染料敏化剂性能的理论研究

发布时间：2018-04-03 09:26

  本文选题：密度泛函理论　切入点：铼配合物　出处：《山西师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来,随着地球环境问题的日益严峻,资源紧缺的现状愈发明显。太阳能作为一种绿色环保、资源丰富的天然资源,成为处理能源危机的第一选择。染料敏化太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的低成本光电器件,成为利用太阳能最经济有效、最有前途的技术,因此得到科研工作者的广泛关注。在过去十几年里,大量的研究致力于得到良好性能的染料敏化太阳能电池的器件。然而,染料敏化太阳能电池的转换效率仍然比含硅光电池低,为了提高光电转换效率,高性能的染料是提高光捕获能力的关键因素,可以把电子注入半导体的导带然后通过存在于电解质溶液中的氧化还原剂来获得再生。所以染料敏化剂的性能与DSCC的光电转换效率有着非常密切的关系。本文在实验合成的基础上对铼(Ⅰ)、钌(Ⅱ)配合物的结构特性进行展开,利用量子化学计算方法设计得到新的配合物染料分子,从本质上揭示了不同取代基对分子的基态、激发态、前线分子轨道、吸收光谱等性质的影响,通过比较,预测了性能更好的染料分子。主要内容如下:1.采用DFT/TDDFT深入研究了羧基在吡啶配体上连接的数目和位置的不同对含四硫富瓦烯-吡啶配体的四羰基铼(Ⅰ)配合物Re(CO)4(HnL)(n=1,a1-a2;n=2,b1-b6;L=La-imine-2-pyridyl;La=2-(5,6-dihydro[1,3]dithiolo[4,5-b][1,4]dithiin-2-ylidene)-1,3-benzodi thiol-5-amine)电子结构和光谱性质的影响,以及通过计算相关参数,作为评估DSSC中染料敏化剂的潜在应用价值。计算结果表明,羧基数目和位置的不同主要影响配合物的前线分子轨道的性质,尤其对LUMO轨道的影响较显著,进而改变了染料分子的吸光性能和电子转移能力,进一步提高了DSSC的工作效率。分析得知模拟的染料分子a1和b6与母体和其他染料分子相比,具有更优的敏化性能。2.设计并研究了一系列含四硫富瓦烯-联吡唑的三羰基铼(Ⅰ)配合物Re(CO)3Cl(HnL)(n=1,D1-D4;n=2,D5-D10;L=N-(2,2-di(1H-pyrazol-1-yl)ethyl)-4′,5′-bis(met hylthio)-[2,2′-bi(1,3-dithiolylidene)]-4-carboxamide)的基态、激发态的性质。当在吡唑配体上引入羧基后,发现其电子结构和光谱性质发生了变化。通过对前线分子轨道、吸收光谱数据和其他参数的分析,得到配合物D1和D5具有更好的光电转化能力,故最有可能成为有效的染料敏化材料。3.用理论计算方法研究了一系列连接在吡啶配体上的官能团吸电子和给电子能力对钌配合物[Ru(Ⅱ)(bipy)(DABA)(NCS)2]电子构型和光谱性能对其作为敏化剂性能的影响作用。通过计算表明,HOMO-LUMO能隙随着官能团吸电子能力的增大而减小,光吸收能力随之增强,吸收光谱发生红移,而供电子基的影响与之相反。综合可得,配合物4较母体和其他分子更适宜做敏化剂。
[Abstract]:In recent years, with the increasingly serious environmental problems of the earth, the shortage of resources becomes more and more obvious.As a kind of green and rich natural resources, solar energy has become the first choice to deal with the energy crisis.Dye-sensitized solar cell is a kind of low-cost photoelectric device, which can directly convert solar energy into electric energy. It has become the most economical and promising technology to use solar energy, so it has been widely concerned by researchers.In the past decade, a great deal of research has been done to obtain good performance Dye-sensitized solar cell devices.However, the conversion efficiency of dye-sensitized solar cells is still lower than that of silicon-containing photovoltaic cells. In order to improve the photoelectric conversion efficiency, high performance dyes are the key factors to improve the photocapture ability.Electrons can be injected into the conduction band of the semiconductor and regenerated by oxidation reductants present in electrolyte solutions.Therefore, the performance of dye sensitizer is closely related to the photoelectric conversion efficiency of DSCC.On the basis of experimental synthesis, the structural properties of rhenium (鈪，

本文编号：1704596