基于MOFs新型光电转换材料的构筑及性能研究

发布时间：2017-07-14 12:39

  本文关键词：基于MOFs新型光电转换材料的构筑及性能研究

  更多相关文章： 金属有机框架 光敏染料 氧化石墨烯 复合材料 光电转换

【摘要】：金属有机框架(]metal-organic frameworks,MOFs)材料是将有机配体和金属离子通过自组装形成的新型多孔材料,可用于气体吸附、储存和分离。为扩展其功能,将功能分子引入到MOFs孔洞中或其骨架结构上,对其进一步功能化,成为目前研究的热点,其中基于MOFs的光电转换材料的研究还刚刚起步。本文设计将具有大孔洞的MOFs材料与性能优异的钌光敏染料及新型碳材料——石墨烯相结合,分别构筑基于MOFs的二元或三元复合材料,考察其光电转换性能。具体内容如下：首先以4,4’-联苯二甲酸(BPDC)和具有生物功能的腺嘌呤(ad)为配体,与过渡金属Zn(Ⅱ)通过溶剂热合成法制备得到了一种具有较大孔洞的阴离子型生物金属有机框架配合物LNU-1 (Zn6(ad)4(BPDC)4O·2Me2NH2+,3DMF,8H2O,利用X-射线单晶衍射等方法对其结构进行了表征。结果表明其BET值约为1300 m2/g,孔径尺寸约为11.26 A,且其骨架结构在360℃以下具有良好的热稳定性。然后分别利用阳离子交换法和溶剂热合成法将两种光敏染料引入LNU-1孔洞中,得到了两种二元复合材料B3@LNU-1和N3@LNU-1.利用固体紫外可见漫反射光谱、XRPD、光电子能谱(XPS)、氮气吸附等多种方法对复合材料结构进行了表征。纳秒激光闪光光解测定结果显示B3染料分子进入LNU-1孔洞中后分子激发态寿命增长了1.5倍,由此说明染料分子进入MOFs孔洞后,有效减少了分子间的自淬灭。光电流响应测试中,与LNU-1相比,复合材料B3@LNU-1和N3@LNU-1均产生了相对较大的光电流,分别为0.76 μA/cm2和1.03 μA/cm2。为了进一步提高复合材料的光电转换性能,我们在上述复合材料中引入了半导体材料氧化石墨烯(GO),利用溶剂热合成法制备了两种Ru(Ⅱ)/MOF/GO二元复合材料和一种LNU-1@GO二元复合材料。对所制备的系列复合材料进行了固态紫外可见漫反射光谱、XPS、氮气吸附、热重等多种方法的表征,并考察了GO加入量不同对复合材料形貌及性能的影响。光电流响应测试结果显示,GO的引入确实有效提高了复合材料的光电转换性能,GO的含量为15%时性能最佳,两种三元复合材料的最大光电流可以达到12 μA/cm2左右,而对比实验中LNU-1@GO二元复合材料的最大光电流却达到了21 μA/cm2。由此说明,钉染料的引入在基于MOFs复合材料的光电转换性能上没有发挥显著的作用,当然,也可能是由于进入LNU-1孔洞中的染料分子较少所致,具体原因还有待进一步探究,但MOFs/GO复合材料在光电转换领域呈现出潜在的应用前景。
【关键词】：金属有机框架 光敏染料 氧化石墨烯 复合材料 光电转换
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 绪论13-31
• 0.1 引言13
• 0.2 金属有机框架化合物概述13-19
• 0.2.1 金属有机框架化合物的分类14-15
• 0.2.2 金属有机框架化合物的特点15
• 0.2.3 金属有机框架化合物的合成方法15-16
• 0.2.4 MOFs材料的应用前景16-19
• 0.3 光敏染料简介19-23
• 0.3.1 多吡啶钌配合物染料19-22
• 0.3.2 卟啉类配合物敏化染料22
• 0.3.3 酞菁类染料22-23
• 0.4 氧化石墨烯简介23-27
• 0.4.1 石墨烯概述23
• 0.4.2 氧化石墨烯结构和性质23-24
• 0.4.3 氧化石墨烯制备24
• 0.4.4 氧化石墨烯功能化24-27
• 0.5 基于MOFs复合材料的研究现状27-30
• 0.6 本文的研究背景及意义30-31
• 第1章 配位聚合物LNU-1的合成31-37
• 1.1 引言31
• 1.2 主要试剂31
• 1.3 主要仪器31-32
• 1.4 配位聚合物LNU-1的合成32
• 1.5 结构表征与描述32-36
• 1.5.1 配合物的晶体数据32-33
• 1.5.2 配合物的结构描述33
• 1.5.3 X-射线粉末衍射33-34
• 1.5.4 热重分析34
• 1.5.5 氮气吸附及孔径分析34-36
• 1.6 本章小结36-37
• 第2章 二元复合物Ru(Ⅱ)@LNU-1的制备及光电性能表征37-48
• 2.1 引言37
• 2.2 主要试剂37
• 2.3 主要仪器37-38
• 2.4 二元复合物N3@MOF和B3@MOF的制备38-39
• 2.4.1 配合物Ru(bpy)_2(SCN)_2(N3染料)的合成38
• 2.4.2 配合物Ru(bpy)_3(PF_6)_2(B3染料)的合成38-39
• 2.4.3 N3@LNU-1的制备39
• 2.4.4 B3@LNU-1的制备39
• 2.5 结果与讨论39-46
• 2.5.1 红外光谱39-40
• 2.5.2 固体紫外可见漫反射光谱40
• 2.5.3 光学显微镜40-41
• 2.5.4 X-射线粉末衍射41
• 2.5.5 XPS41-43
• 2.5.6 热重分析43-44
• 2.5.7 氮气吸附44
• 2.5.8 发射光谱44-45
• 2.5.9 B3染料激发态寿命45-46
• 2.5.10 光电流响应46
• 2.6 本章小结46-48
• 第3章 三元复合物Ru(Ⅱ)/MOF/GO的制备及光电性能表征48-61
• 3.1 引言48
• 3.2 主要试剂及仪器48-49
• 3.2.1 主要试剂48
• 3.2.2 主要仪器48-49
• 3.3 二元复合物LNU-1@GO的制备及性能表征49-54
• 3.3.1 实验部分49-50
• 3.3.2 结果与讨论50-54
• 3.4 三元复合物Ru(Ⅱ)/LNU-1/GO的制备及性能表征54-60
• 3.4.1 实验部分54
• 3.4.2 结果与讨论54-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第4章 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 论文创新点摘要69-70
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;电子技术在丝织工业中的应用[J];丝绸;1976年06期

2 ;可提高光电转换率的新材料[J];上海化工;2009年03期

3 李金渠;非电量电测法讲座——第三讲 回转速度和瞬时速度的测量[J];上海纺织科技;1981年07期

4 田昭武;;聚合物半导体光电转换的理论分析[J];物理化学学报;1985年01期

5 王文龙,翟锦,白凤莲,任焱杰,张波,蔡生民;傒四羧酸自组装单分子膜的制备及其光电转换性质研究[J];感光科学与光化学;2002年04期

6 张力;;光致变色染料实现100%光电转换[J];现代化工;2014年03期

7 赵为,张宝文,曹怡,萧绪瑞,杨蓉;方酸菁功能材料修饰纳米晶TiO_2薄膜电极的光电转换性能研究[J];功能材料;1999年03期

8 杨华,袁坚,赵兹君;TiO_2半导体薄膜电极的光电转换性能研究[J];硅酸盐通报;2004年01期

9 沈耀春，王林，陆祖宏，韦钰，周庆复，毛海舫，许慧君;卟啉／二氧化钛多孔电极的光电转换效应研究[J];感光科学与光化学;1995年01期

10 吕文辉;张帅;;硅纳米线阵列光阳极的制备及其光电转换性能研究[J];功能材料与器件学报;2011年04期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 彭天右;;柔性电极的制备及其染料敏化太阳能电池光电转换性能研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

2 彭天右;范科;柴波;陈俊年;;柔性光电极的制备及其染料敏化太阳能电池光电转换性能研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

3 康振辉;;碳量子点的荧光调控及其高效光电转换应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

4 施宏艳;郑咏梅;翟锦;江雷;;二氧化钛纳米孔膜及其光电转换特性[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年

5 翟锦;;仿生多尺度结构光电转换材料和太阳能电池[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年

6 孔向阳;;半导体纳米栅格/量子点纳米结构有序组装及光电转换[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

7 翟锦;;仿生多尺度结构光电转换材料和太阳能电池[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年

8 杨乃亮;翟锦;王丹;;氧化钛-石墨烯复合结构在光电转化系统中的应用[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 通讯员 段同刚　记者 蔡计锁;晶龙“赛秀”实现量产光电转换率达18.5%[N];河北日报;2010年

2 通讯员 段同刚　田思 记者 蔡计锁;晶龙“晶枫”技术多晶硅光电转换率达到18.5%[N];河北日报;2011年

3 特约记者 牛献力　通讯员 田思;晶龙多晶硅光电转换率行业领先[N];中国化工报;2012年

4 通讯员 段同刚　田思 记者 蔡计锁;晶龙多晶硅太阳能电池光电转换率达到18.2%[N];河北日报;2011年

5 本报记者 张梦然;将光电转换率提高一倍，可行吗？[N];科技日报;2014年

6 本报记者 李燕京;光电 将得到更多应用[N];中国消费者报;2009年

7 首席记者 徐瑞哲;光电转换，打造“乡村版”路灯工程[N];解放日报;2014年

8 本报记者 王宇 通讯员 缪宇竞;泉州光电产业风起云涌[N];泉州晚报;2011年

9 南京日报记者　　施勇君　通讯员　　佘海峰;他，让中国光伏产业走在世界前沿[N];南京日报;2006年

10 葛进;日研制出非硅系高光电转换率太阳能电池[N];科技日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 刘平;电化学光电转换与储存的新构思与新技术研究[D];武汉大学;2012年

2 李永平;铁酸铋纳米材料的化学合成、表征及其光电转换与光催化特性[D];青岛大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李国柱;PMN-PT单晶及薄膜的光电转换性能研究[D];上海师范大学;2015年

2 祁辅媛;GOQDs/Ti0_2和GOQDs/SrTi0_3复合材料的制备及光电转换性质研究[D];辽宁大学;2015年

3 于媛媛;基于MOFs新型光电转换材料的构筑及性能研究[D];辽宁大学;2016年

4 邹江涛;光纤传能系统中光电转换模块的设计与性能研究[D];南京邮电大学;2014年

5 武春秀;光电转换电源数字稳压控制方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 吴贺;多通道数字光电转换系统的设计与实现[D];西安电子科技大学;2013年

7 吴华君;高速光电转换模块关键技术研究[D];电子科技大学;2012年

8 刘立维;萘酞菁类化合物光电转换性质的研究[D];浙江大学;2008年

9 魏宗照;光催化聚合反应制备—维纳米结构光电转换薄膜的研究[D];复旦大学;2013年

10 秦浩;含噻吩的光电转换有机功能半导体的合成与表征[D];哈尔滨工程大学;2008年

，

本文编号：541117