两亲性D-π-A型有机染料在染料敏化太阳能电池中的应用

设计合成了6个带有烷基链的D-π-A型有机光敏染料应用于染料敏化太阳能电池.发现长链烷基有利于电池开路光电压的提高.利用脂肪酸共敏化可进一步提高染料分子的敏化效果,且提高的程度与脂肪酸的链长有重要关系.

以咔唑为π-桥的D-π-A型有机染料分子的合成与性能

本文分别以三苯胺、N-苯基咔唑和吲哚[3,2,1-jk]咔唑为给体,选择3,6-和2,7-位连接的咔唑为π-桥与氰基乙酸受体键连合成了两个系列共6个D-π-A型染料分子,研究了以它们为光敏剂的染料敏化太阳能电池器件的光伏性能.通过对比发现,给体单元相同的染料分子,以2,7-位连接的咔唑为π-桥时其共轭骨架的π-电子离域比3,6-位连接更好,因而其分子内电荷转移吸收明显变宽并增强,表现出更好的分子捕光能力,相应电池器件的短路电流密度(J_(sc))更大,展示了更高的光电转换效率;当π-桥相同时,给体单元由三苯胺依次变换为N-苯基咔唑和吲哚[3,2,1-jk]咔唑后,伴随苯环之间的直接键连其分子共平面性增强,氮原子上孤对电子参与共轭的程度增大,这虽有利于给体单元共轭骨架的π-电子离域,但会导致氮原子孤对电子参与的分子内推拉电子效应减弱,影响体系对太阳光的吸收利用,同时刚性共平面骨架加剧了分子间π-π堆积,引起染料聚集而加速载流子复合,从而影响其电池器件的开路电压(V_(oc))和J_(sc),不利于光伏性能的提升.

π桥苯环上对位双氮取代对D-π-A结构有机染料分子吸收性能的影响:基于理论计算

通过密度泛函方法计算来讨论该分子共轭π桥基团中苯环碳原子的双氮取代对染料分子理论吸收光谱\分子轨道能级分布以及电池效率的影响。结果表明,2-4号位上的双氮取代的DSSC在理论水平上的光吸收明显优于其他两个位置的取代,这为我们实验筛选新的染料敏化剂提供了新的理论依据。

D-π-A-π-A结构有机光敏染料的合成及其在太阳能光电转化和光解水制氢中的应用

选择N,N′-二甲基苯胺作为电子给体,乙炔基和苯基作为π桥键,苯并噻二唑基团作为辅助受体,氰基丙烯酸为电子受体设计合成了一个具有D-π-A-π-A结构的有机染料OD2。对该染料的光谱性能和电化学性能进行了研究,并将其用作光敏剂引入太阳能光电转化和光解水制氢领域。当OD2应用于光伏领域:在AM1.5(100 m W?cm-2)的光强下,OD2敏化的电池的光电转化效率(η)为4.40%(短路电流密度(Jsc)=10.58m A?cm-2,开路电压(Voc)=630 m V,填充因子(FF)=0.65);当OD2应用于染料敏化可见光催化制氢领域:在300 W氙灯光源可见光照射10 h,OD2敏化的Pt/Ti O2在p H=7.0,10%(φ,体积分数)三乙醇胺水溶液中的催化转化数(TON)为140,相应的表观制氢量子产率(ΦH2)仅为0.42%。显然,OD2在光电转化领域比可见光催化分解水制氢领域更具有应用潜力。

新型D-π-A染料分子的理论设计

主要采用密度泛函理论的B3LYP方法,分别对四种新型D-π-A染料分子的几何结构进行优化,获得了四种新型D-π-A染料分子的稳定构型,并研究设计出了同种D-π-A型不同受体基团的有机染料敏化分子结构中的差异对敏化剂分子染料电池性能的影响。最后对结构不同的四种新型D-π-A受体基团的染料分子的量子化学数据进行分析,研究最终得出最好的受体基团。

D-π-A型吡啶锌配合物的合成、晶体结构及光性质(英文)

一种新型的D-π-A型吡啶配体L(L=反式-4-[4′-(N-甲基-N-羟乙基)胺]乙烯基吡啶)与卤化锌反应,合成了3种配合物即ZnCl2L2(1),ZnBr2L2(2)和ZnI2L2(3)。其中配合物1和2通过X-射线单晶衍射的表征,分析结果表明这2种配合物中的锌原子都是四配位的,分别与配体中的2个氮原子和2个卤离子配位,而且锌原子形成的是畸变的四面体构型。在晶体中存在着许多弱作用力,包括氢键,π-π堆积等,这些都将影响他们的光致发光的性质。

脱氢枞酸三芳胺基D-π-A型荧光化合物的光谱性能及应用

以脱氢枞酸为原料通过酯化、溴代、C-N偶联的方法合成脱氢枞酸三芳胺(b),再以溴代、C-C偶联等方法合成了脱氢枞酸三芳胺基D-π-A化合物2-异氰基-3-(5-(4-((脱氢枞酸甲酯基)(4-甲氧基苯基)氨基)苯基)-2-噻吩基)丙烯酸(DTPA-I),研究了它的紫外吸收光谱和荧光发射光谱,并作为荧光探针用于检测极性有机溶剂中的水含量。研究结果表明:与化合物b比较,DTPA-I的紫外吸收光谱出现新的吸收峰(λabs,max=474 nm),荧光发射波长明显红移(λem,max=603 nm);DTPA-I在不同的极性溶剂中的紫外吸收波长和荧光发射波长发生明显的位移,吸光度与荧光强度均发生变化,化合物具有明显的溶致变色效应。在0~1%的范围内,DTPA-I的荧光强度随着二氧六环、DMSO和DMF溶液中的水含量的增加呈线性降低,对二氧六环中水的检出限低至0.089%。

D-π-A型共轭聚合物的合成及其光伏性能

设计合成了3种主链相同、侧基不同的Donor(D)-π-Acceptor(A)型共轭聚合物:聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b]二噻吩)-(9-(4-氰基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CN)、聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b′]二噻吩)-(9-(4-醛基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CHO)和聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b]二噻吩)-(9-(4-硝基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-NO_2)。通过调变侧基上的受体基团,比较了氰基、醛基、硝基对聚合物光学和电学性能的影响,讨论了影响聚合物光电转换效率的主要因素。3种聚合物的光学带隙和线性吸收系数依次分别为2.32 eV,152.0 L/(g·cm);2.43 eV,58.5 L/(g·cm)和2.25 eV,85.5 L/(g·cm)。在这些聚合物中,彼此间的最高占据分子轨道(HOMO)能级差距很小,PBDTCz-NO_2的最低未占据分子轨道(LUMO)能级最低(-3.38eV)。在100 W/m^2模拟太阳光的照射下,基于这些聚合物的光伏器件(器件结构:ITO/PEDOT:PSS/Polymer:[70]PCBM(1:2)/Ca/A1)的光电转换效率分别为0.44%(PBDTCz-CN)、0.001 8%(PBDTCz-CHO)和0.23%(PBDTCz-NO_2)。低的光电转换效率主要归因于低的短路电流,而影响短路电流的主要原因有自身吸光性能的限制和弱的π-π堆砌作用。

1D-π-A型偶氮苯衍生物合成、表征及其光致变色性能

以4-氨基硝基苯为起始原料,通过溴代、重氮去氨基、硝基还原制备出重要中间体3,5-二溴苯胺,再以3,5-二溴苯胺和3-溴苯胺分别与苯酚衍生物进行重氮偶合反应,合成了10个D-π-A 型偶氮苯衍生物,利用FTGIR、NMR、ESIGMS、元素分析和XG单晶衍射等表征方法,确定目标化合物结构,并通过UV-Vis光谱研究了系列目标化合物光致变色性能,测定其光致顺反异构速率常数.研究结果表明,目标化合物表现出显著光致变色性能,顺反异构转变速率常数数量级为10^-2-10^-3s^-1,异构转变速率快慢主要取决于化合物分子的取代基空间位阻大小.

D-π-A构型的碗烯衍生物的合成及光谱性质

设计并合成了以碗烯为荧光母核的D-π-A构型的荧光分子。以1,6-二溴-2,5-二甲基碗烯为关键中间体,经Buchwald-Hartwig碳氮偶联反应合成了化合物1-二苯胺-6-溴-2,5-二甲基碗烯,并对其荧光性质进行了研究。结果表明:以二苯胺为给电子体构建的新型荧光分子将量子产率提高至22.4%,荧光发射波长红移至496nm,斯托克斯位移高达201nm。D-π-A构型的荧光分子展示出溶剂致色变效应,在正己烷与二氯甲烷中荧光性质具有显著变化。该新型荧光分子的发光机制为分子内电荷转移和聚集诱导发光的有机结合,有效抑制了聚集诱导淬灭效应。

有机染料合成及其构效关系研究的综合实验设计

电子给体-共轭桥-电子受体(D-π-A)型纯有机染料因其便于修饰和研究的模块化结构以及优良的光电性能,在染料敏化太阳电池领域得到了广泛的关注。本实验合成两种基于咔唑电子给体的D-π-A染料DX-1和DX-2并用于染料敏化太阳电池中,分别获得了2.94%和4.58%的光电转换效率。本文通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法分析了染料的分子性质,讨论了共轭桥长度对染料性能的影响。该综合实验使学生能了解和掌握有机染料的设计、制备、性质和应用等方面的实验技能和科研能力。

染料敏化太阳能电池中二聚噻吩类光敏染料构效关系的理论研究

D-π-A型有机光敏染料结构上的微小差异会引起器件性能的显著不同.为了合理解释染料分子1和2(给体分别为咔唑和二氢吲哚)结构与性能之间的关系,采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)讨论了包括紫外-可见吸收光谱、光捕获效率、电子注入驱动力、垂直方向偶极矩和电子转移数目在内的一系列影响染料性能的理论参数.结果表明,在光捕获效率和电子注入效率差别不大的情况下,染料分子2较低的染料再生效率可导致其短路电流较小;同时,在由光诱导产生的从染料分子转移到半导体的电子数目以及电子复合程度相差不大的情况下,染料分子1垂直方向上较大的偶极矩则可导致其具有较高的开路电压.计算结果与实验值相吻合,有望对今后设计合成高效光敏染料提供一定的理论指导.

兼具大的二阶光学非线性与良好透明性的有机生色团的分子设计进展

从采用特殊的共轭桥、寻求给受体强度的最佳组合及设计双 (多 )重电荷转移分子三方面 ,综述了近几年来在兼具较大分子一阶超极化率与良好透光范围的有机二阶非线性光学生色团的研究进展 .

基于含氮杂环的有机共轭化合物的合成、设计与性能分析

针对含氮杂环有机共轭化合物的设计和合成,对合成的产物进行紫外光谱和荧光谱的测定,分析其光谱性质,最后测定其热力学性质,分析其热力学性能。

以噻吩齐聚物为推电子单元的DA型共聚物的合成及性能

采用Suzuki偶合法合成了以聚合度为7的3-已基噻吩齐聚物为推电子单元、苯并噻二唑为拉电子单元的D-π-A型共轭聚合物(PF80.5-3HT7x-BT0.5-x)。通过核磁共振氢谱、紫外可见光吸收光谱、循环伏安法等对共聚物的结构与性能进行了研究与表征,并对共聚物的光电性能进行了探讨。结果表明:共聚物PF80.5-3HT70.1-BT0.4的最大紫外吸收峰相比聚合物PF80.5-3HT70.1-BT0.4的发生了红移;并且降低了共聚物的能带隙及HOMO,LUMO能级。实验表明共聚物PF80.5-3HT70.1-BT0.4显示出更强的光电性能,器件的结构ITO/PEDOT:PSS(70nm)/Copolymer(70nm)/Al(100nm)。

聚集诱导发光3-溴-5-吡唑甲酰胺类蓝光材料的潜指纹识别应用

以3-溴-(3-氯-2-吡啶基)吡唑-5-甲酰氯和4-(3,6-二叔丁基咔唑)苯胺为原料,合成了一种D-π-A(其中,D为电子供体,A为电子受体)构型的蓝光N-[4-(3,6-二叔丁基咔唑)苯基]-3-溴-(3-氯-2-吡啶基)-吡唑-5-甲酰胺(化合物1),利用UV-Vis、荧光发射光谱、动态光散射对化合物1的聚集诱导发光(AIE)和光物理性质进行了测试。结合密度泛函理论(DFT)计算结果可知,化合物1具有分子内的电荷转移性质,与其溶剂化效应一致。化合物1的荧光量子产率(?)随着分子的聚集不断增大[Φ(二氯甲烷)=60.1%;Φ(粉末)=67.5%;Φ(晶体)=70.2%]。在乙腈和水的混合溶剂中,随着水的体积分数不断增加,化合物1表现出优良的AIE性质。晶体化合物1最大发射波长(λ_(max))为439 nm,处于蓝光发射区域。相比于晶体状态,粉末状态化合物1的λ_(max)发生了17 nm的红移。此外,化合物1可以对潜指纹进行精准识别,包括一级结构、二级结构、甚至三级结构,同时对老化指纹也具有较好的识别效果。

含醛基的三苯胺衍生物的制备及性质研究

文章以三苯胺作为供电子基团母体,对三苯胺的三个苯基逐步进行甲酰化可以制得三苯胺单醛、三苯胺双醛和三苯胺三醛等一系列三苯胺衍生物.通过对三者的结构进行系统全面的表征,研究三苯胺基团引入甲酰基对其热稳定性和光物理性质的影响,实验结果表明,甲酰基电子受体单元的引入可以提高其热稳定性和光学性质.

三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物的合成及光电性能

采用Suzuki偶合反应合成了含有推拉电子基团的三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物(TPA-PF8-BT),其中供电子基团为三苯胺单元(TPA),吸电子基团为苯并噻二唑单元(BT)。通过核磁共振法、凝胶渗透色谱法、紫外-可见光光谱法和循环伏安法等对其进行了分析研究,并与芴-三苯胺共聚物(PF8-TPA)的性能进行了对比。结果显示,三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物的能带隙宽度Eg为2.39 eV,最低未占分子轨道(LUMO)能级为-3.01 eV,最高已占分子轨道(HOMO)能级为-5.40 eV,与PF8-TPA相比,其能带隙宽度及LUMO能级均有所降低。基于TPA-PF8-BT器件(器件结构为氧化铟锡导电玻璃(ITO)/Copolymer(70 nm)/Al(100 nm))的短路电流是基于PF8-TPA器件的短路电流的近3倍,光电性能得以改善。

几种不同给体单元的三甲基三嗪衍生物的合成及发光性质研究

通过醇醛缩合反应,以三甲基三嗪为受体单元,合成了D-π-A型三嗪衍生物并表征其稳态瞬态光谱,采用DFT密度泛函计算方法对产物进行了理论计算。结合计算模型结论和光谱表征结果,探讨了不同给体单元和不同分子对称性对物质荧光性质的影响。实验结果表明:所设计的分子结构具备理论上应有的基本光学性质,D-π-A型三嗪衍生物的光物理特性主要由电子给体单元D和三嗪受体单元的分子内电荷转移决定。

一种分子整流器件及其工艺研究

设计并合成了一类D-π-A型具有整流特性的有机材料MR-1(对-二甲胺基苯基乙烯三腈),MR-2(对-二苯胺基苯基乙烯三腈),以其制成的整流器件Cu/MR-1/Ag整流比可达10000,其他器件M/MR-X/M(M为Ag或Cu)的整流比高的可达100;实验发现,溶液吸附法只能在气-液交界处得到整流结果,加电场有利于形成有序取向分子膜.