以苯并噻唑、萘酰亚胺为构筑单元的有机染料分子的设计、合成及其应用研究

发布时间：2017-05-20 00:00

  本文关键词：以苯并噻唑、萘酰亚胺为构筑单元的有机染料分子的设计、合成及其应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文立足于当前染料敏化太阳能电池和光催化降解领域的研究热点,致力于稳定、高效有机染料分子的设计、合成及其应用研究。考虑到苯并噻唑和萘酰亚胺基团优异的光、热和化学稳定性,以及良好的光电性质,本文选取苯并噻唑和萘酰亚胺基团为构筑单元,将它们引入到咔唑、三苯胺、吩噻嗪和卟啉等有机分子的主链或外围,合成一系列的敏化染料分子,探讨了这些染料分子在染料敏化太阳能电池和光催化降解领域的应用。第一章,介绍了敏化染料在染料敏化太阳能电池及光催化降解方面的应用及相关原理,综述了敏化染料的研究历史与现状,提出了论文的设计思想及研究内容。第二章,设计合成了四种A(弱)-D-π-A结构的咔唑基染料分子,烷基咔唑作为电子给体,氰基乙酸为电子受体,在给体和受体单元之间引入不同的π共轭单元来调节染料分子的共轭度;从提高染料分子稳定性及增加分子共轭度的角度出发,在咔唑基染料分子的主链上引入了苯并噻唑基团。研究结果表明,富电子噻吩基团的引入,使材料的吸收加宽,摩尔吸光系数增大,基于染料CZCOOH-4的染料敏化太阳能电池器件表现出了最佳的器件性能,能量转换效率达到了3.61%。第三章,将苯并噻唑引入到三苯胺基团上,设计合成了五种基于三苯胺的染料分子,探讨了目标染料分子在染料敏化太阳能电池中的应用。考察了苯并噻唑单元的取代个数及不同给体修饰基团对染料性能的影响,随着三苯胺双臂位置上苯并噻唑单元及修饰基团个数的增加,材料的吸收光谱发生了较大红移。由于甲氧基修饰基团良好的推电子性能,基于TPACOOH-4的染料敏化太阳能电池器件获得了最佳的性能,能量转换效率为3.83%。第四章,设计合成了一系列吩噻嗪基染料分子,在吩噻嗪和受体氰基羧酸之间引入不同的共轭spacer,用于调节分子的共轭度,改善染料分子的光响应能力。与此同时,设计合成两种侧位烷巯基噻吩修饰的吩噻嗪基染料分子,从理论和实验上证实了吩噻嗪N(10)位上的萘酰亚胺悬挂基团对染料分子内电荷转移的不利影响,为后续分子设计提供了理论指导。SQCOOH-5相关器件表现出了较好的器件性能,在标准AM 1.5G的光照下,加CDCA的器件能量转换效率达到了5.80%,短路电路Jsc达到了10.71 m A cm-2,开路电压Voc高达740 m V。第五章,设计并合成不同连接桥(醚桥和炔桥)连接的萘酰亚胺功能化卟啉染料TNPPH2和TANPH2,并合成了相关的多种金属配合物,光物理研究表明,目标化合物在紫外和可见光区有较强的光俘获能力。光激发下,发生了从萘酰亚胺基团到卟啉中心的能量转移现象,目标卟啉染料表现出了光俘获天线的功能。从实验上证实了炔桥更加顺畅的能量转移功能(相对于醚桥来说),TANPH2和TANPZn的能量转移效率分别达到了99.6%和96.5%。第六章,设计并合成了不同连接桥(醚桥和炔桥)连接的萘酰亚胺功能化卟啉染料OPHy和QPHy,并得到了相关的锌和铜配合物,此后利用新合成的卟啉染料与Ti O2复合制备了卟啉-Ti O2复合材料,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)以及紫外可见散射光谱(DRS)对复合材料进行表征。研究结果表明,敏化剂以化学吸附的形式附着在Ti O2的表面,敏化剂的引入大大拓宽了Ti O2的吸收光谱。随后,利用该系列卟啉-Ti O2复合材料进行了光催化降解甲基橙实验研究,考察了不同样品的光催化效果。实验结果表明,相对于纯的Ti O2纳米粒子,卟啉-Ti O2复合材料的催化活性均有了不同程度的提高,其中QPHy Cu-Ti O2样品表现出了最好的光催化能力。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 光催化降解 敏化染料 卟啉 萘酰亚胺 苯并噻唑
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ610.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 专用术语注释表10-11
• 第一章 绪论11-43
• 1.1 敏化染料分子概述11
• 1.2 敏化染料应用及相关原理11-15
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池工作原理及性能参数11-14
• 1.2.2 染料/无机纳米复合材料光催化降解工作原理14-15
• 1.3 DSSCs染料敏化剂研究进展15-31
• 1.3.1 金属配合物染料16-21
• 1.3.2 三苯胺基敏化染料21-26
• 1.3.3 咔唑基敏化染料26-28
• 1.3.4 吩噻嗪基敏化染料28-31
• 1.3.5 其他类敏化染料31
• 1.4 光催化降解敏化剂概述31-32
• 1.5 噻唑类构筑单元在DSSCs领域的应用32-34
• 1.6 萘酰亚胺构筑单元在敏化染料中的应用34-35
• 1.7 本论文的设计思想及主要内容35-37
• 1.8 参考文献37-43
• 第二章 含苯并噻唑的咔唑基染料的合成及染料敏化太阳能电池应用43-64
• 2.1 引言43
• 2.2 设计思路43-44
• 2.3 实验部分44-53
• 2.3.1 主要药品和试剂44-45
• 2.3.2 合成与表征45-51
• 2.3.3 实验仪器与方法51-52
• 2.3.4 量子化学计算方法52
• 2.3.5 染料敏化电池器件制备52
• 2.3.6 染料敏化电池器件测试52-53
• 2.4 结果与讨论53-62
• 2.4.1 材料合成53
• 2.4.2 结构表征53-54
• 2.4.3 光物理性质研究54-56
• 2.4.4 电化学研究56-58
• 2.4.5 量子化学研究58-59
• 2.4.6 染料敏化太阳能电池应用59-62
• 2.5 本章小结62-63
• 2.6 参考文献63-64
• 第三章 含苯并噻唑的三苯胺基染料的合成及染料敏化太阳能电池应用64-85
• 3.1 引言64
• 3.2 设计思路64-65
• 3.3 实验部分65-73
• 3.3.1 主要药品和试剂65-66
• 3.3.2 合成与表征66-72
• 3.3.3 实验仪器与方法72
• 3.3.4 量子化学计算方法72-73
• 3.3.5 染料敏化电池器件制备73
• 3.3.6 染料敏化电池器件测试73
• 3.4 结果与讨论73-83
• 3.4.1 材料合成73-74
• 3.4.2 结构表征74-75
• 3.4.3 光物理性质研究75-77
• 3.4.4 电化学研究77-78
• 3.4.5 量子化学研究78-80
• 3.4.6 染料敏化太阳能电池应用80-83
• 3.5 本章小结83-84
• 3.6 参考文献84-85
• 第四章 吩噻嗪基染料的合成及染料敏化太阳能电池应用85-106
• 4.1 引言85
• 4.2 设计思路85-86
• 4.3 实验部分86-95
• 4.3.1 主要药品和试剂86-87
• 4.3.2 合成与表征87-94
• 4.3.3 实验仪器与方法94
• 4.3.4 量子化学计算方法94-95
• 4.3.5 染料敏化电池器件制备95
• 4.3.6 染料敏化电池器件测试95
• 4.4 结果与讨论95-104
• 4.4.1 材料合成95-96
• 4.4.2 结构表征96-97
• 4.4.3 光物理性质研究97-98
• 4.4.4 电化学研究98-100
• 4.4.5 量子化学研究100-102
• 4.4.6 染料敏化太阳能电池应用102-104
• 4.5 本章小结104-105
• 4.6 参考文献105-106
• 第五章 对称萘酰亚胺功能化卟啉染料的合成及性质研究106-133
• 5.1 引言106
• 5.2 设计思路106-107
• 5.3 实验部分107-115
• 5.3.1 主要药品和试剂107-108
• 5.3.2 合成与表征108-114
• 5.3.3 实验仪器与方法114-115
• 5.4 结果与讨论115-130
• 5.4.1 合成讨论115-116
• 5.4.2 醚桥连接对称卟啉结构表征116-118
• 5.4.3 炔桥连接对称卟啉结构表征118-121
• 5.4.4 醚桥连接对称卟啉光物理研究121-123
• 5.4.5 醚桥连接对称卟啉能量转移研究123-125
• 5.4.6 炔桥连接对称卟啉光物理研究125-128
• 5.4.7 炔桥连接对称卟啉能量转移研究128-130
• 5.5 本章小结130-131
• 5.6 参考文献131-133
• 第六章 非对称萘酰亚胺功能化卟啉染料的合成及光催化应用133-149
• 6.1 引言133-134
• 6.2 设计思路134-135
• 6.3 实验部分135-139
• 6.3.1 主要药品和试剂135
• 6.3.2 合成表征135-138
• 6.3.3 卟啉-Ti O2复合催化剂制备138-139
• 6.3.4 实验仪器与方法139
• 6.4 结果与讨论139-147
• 6.4.1 合成与讨论139-140
• 6.4.2 结构表征140-143
• 6.4.3 光物理性质研究143-144
• 6.4.4 复合材料表征144-146
• 6.4.5 光催化降解甲基橙研究146-147
• 6.5 本章小结147-148
• 6.6 参考文献148-149
• 第七章 总结与展望149-152
• 附录1 部分化合物的核磁和质谱图152-178
• 附录2 攻读博士学位期间撰写的论文178-180
• 附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目180-181
• 致谢181

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢倩;安忠维;郭琳;陈新兵;陈沛;;一种联吡啶钌盐类敏化染料的合成与光伏性能研究[J];材料导报;2012年S1期

2 王美玲;张学俊;;羧基类不对称锌酞菁敏化染料的研究进展[J];山西化工;2013年05期

3 王涛,吴飞鹏,施盟泉,高放,杨永源;一种新型香豆素酮可见光敏化染料的合成及其光引发性质的研究[J];化学学报;2004年05期

4 赵俊锋;陈建华;;染料敏化太阳能电池的研究进展[J];材料导报;2010年17期

5 李笃信;3-羧甲基洛丹宁合成新方法实验成功[J];感光材料;1988年05期

6 谢锌铭,陈绍和;用五甲川染料作胶片1.06微米的敏化剂[J];中国激光;1983年06期

7 孙旭辉;包塔娜;张凌云;张国华;王维广;;染料敏化太阳能电池的研究进展[J];化工进展;2012年01期

8 徐世垣;制版基础知识问答题(三)[J];广东印刷;1999年04期

9 詹文海;花建丽;金樱华;武文俊;田禾;;含有萘酰亚胺的菁染料太阳能电池敏化剂的合成[J];化学通报;2007年02期

10 孙世国,彭孝军,张蓉,徐勇前;铼、钌太阳能电池染料稳定性电喷雾质谱研究[J];大连理工大学学报;2005年04期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 陆雪峰;王忠胜;周刚;;以喹喔啉为核的星型敏化染料的制备及光伏性能研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G：光电功能高分子[C];2013年

2 刘军民;谭礼林;陈逸凡;;树状(或锥形)有机敏化染料的设计合成及其在太阳电池中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第16分会：π-共轭材料[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 戴学新;Synthesis and Application of Asymmetric Dianchoring Phenothiazine Dyes for DyeSensitized Solar Cells[D];华南理工大学;2015年

2 徐志杰;以苯并噻唑、萘酰亚胺为构筑单元的有机染料分子的设计、合成及其应用研究[D];南京邮电大学;2015年

3 刘秀军;基于增加长波吸收的卟啉类敏化染料的设计及光电性能研究[D];天津大学;2013年

4 瞿三寅;基于吡咯并吡咯二酮共轭桥链的敏化染料及其性能[D];华东理工大学;2013年

5 武杰;新型苄叉环戊酮类双光子聚合敏化染料的合成及性质研究[D];中国科学院研究生院（理化技术研究所）;2007年

6 洪艳平;双D-π-A结构芳胺类染料的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究[D];华南理工大学;2011年

7 蔡升云;含咔唑单元的敏化染料及其光伏性能研究[D];华东理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董文巧;新型二茂铁功能化敏化染料的合成及性能研究[D];河北师范大学;2015年

2 何娟;增加卟啉敏化剂光谱吸收的分子设计及光电性能研究[D];大连理工大学;2015年

3 彭大海;含苯并二噻吩的新型聚合金属配合物染料的合成及光伏性能研究[D];湘潭大学;2015年

4 姜勇;染料敏化太阳能电池中离子液体和敏化染料的合成及表征[D];郑州大学;2010年

5 程晓兵;融噻吩桥联敏化染料的合成及其光伏性能研究[D];天津理工大学;2012年

6 孟芳;几种结构简单的敏化染料设计与合成[D];郑州大学;2012年

7 吕向军;柔性染料敏化太阳能电池中染料和光电极的研究[D];内蒙古大学;2009年

8 叶宏伟;染料敏化太阳能电池中染料和电极的研究[D];浙江大学;2002年

9 于晖晖;新型含吲哚啉纯有机太阳能电池敏化染料的合成与性能研究[D];华东理工大学;2012年

10 王宝;新型吲哚啉敏化染料的合成及性能研究[D];河北师范大学;2014年

  本文关键词：以苯并噻唑、萘酰亚胺为构筑单元的有机染料分子的设计、合成及其应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：380200