新型D-π-A聚合物染料分子光诱导电荷转移机理研究

发布时间：2017-08-16 18:29

  本文关键词：新型D-π-A聚合物染料分子光诱导电荷转移机理研究

  更多相关文章： 染料敏化剂 密度泛函理论 电荷转移 态密度 吸收光谱

【摘要】：随着经济的发展,人们对能源的需求越来越大,而煤、石油、天然气等都是不可再生的能源,它们燃烧会放出大量的有害气体,对环境造成污染,所以人们致力于找到新的能源。由于太阳能有突出的优点,如持续丰富、清洁无污染等,因而科学工作者希望把太阳能转化为能够被人们所利用的能源,如化学能和电能等。太阳能电池能够实现把蕴藏丰富的太阳能转化为对人类有用的电能,因此受到大家的广泛关注。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs)因其制备简单、光电转化效率高等优点引起了众多科学工作者的青睐。此类电池的核心构成之一是染料敏化剂,其性能直接影响电池的光电转化效率,本论文将以染料敏化剂作为研究的重点内容。本文选用三种不同的D-π-A型染料敏化剂,即苯基并吲哚喹喔啉及其衍生物简称为IQ4、YA421、YA422分子作为研究对象。在密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)基础上,采用B3LYP函数和6-31 G(d)基组对三种分子进行几何结构优化,以及对相应的激发态进行理论计算,得出HOMO和LUMO轨道间的能级差分别为：2.639eV、2.612eV和2.503eV。再根据分子激发态信息,画出三种分子的吸收光谱。从光谱图可以看出三种分子主要出现两个吸收峰,第一个吸收峰波长范围为300nm～400nm,第二个吸收峰为500nm～600nm。 YA421、YA422与IQ4分子相比,最高能量吸收峰发生明显的红移,其原因是由于供体基团链的增长,导致分子间作用力增强。在IQ4、YA421、YA422基态优化构型的基础上,使用GaussSum软件计算体系的态密度(DOS)我们发现,三种分子体系共轭链长度的增长,体系的电荷转移从电子供体到电子受体的能力依次增强,体系光诱导电荷分离态容易形成。为了更加直观的观察分子内的电荷转移,本论文还将使用三维实空间分析方法(跃迁密度(TD),电荷差异密度(CDD))将电荷转移过程进行可视化。然后,再使用二维(2D)实空间分析的方法,分析电子-空穴的相干性情况。最后我们把计算出来的理论结果和相应的实验值进行比较,得出的结论大致相同。通过本论文的探究,能够为以后研究染料敏化剂提供一定的理论参考。
【关键词】：染料敏化剂 密度泛函理论 电荷转移 态密度 吸收光谱
【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】：O631;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 引言11-14
• 1.1 本文的研究背景及意义11-12
• 1.2 染料敏化太阳能电池的组成及运行机理12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-14
• 第2章 理论计算方法14-27
• 2.1 光物理理论基础14-16
• 2.1.1 分子轨道理论14
• 2.1.2 跃迁定则14-15
• 2.1.3 光诱导能量传递和电子转移15-16
• 2.2 波函数理论16-19
• 2.2.1 Hartree-Fock自恰场方法16-19
• 2.3 密度泛函理论19-27
• 2.3.1 Thomas-Fermi方法19-22
• 2.3.2 Hohenberg-Kohn定理22-23
• 2.3.3 Kohn-Sham方程23-24
• 2.3.4 含时密度泛函理论(TD-DFT)24-25
• 2.3.5 二、三维实空间分析法25-27
• 第3章 新型D-π-A聚合物染料分子光诱导电荷转移机理研究27-53
• 3.1 背景研究27
• 3.2 理论计算方法27-28
• 3.3 结果与分析28-53
• 3.3.1 结构优化28-29
• 3.3.2 分子的激发态计算29-37
• 3.3.3 分子的吸收光谱37-38
• 3.3.4 二维、三维实空间分析38-53
• 第4章 结论与展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-57

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本文编号：684841