發(fā)布時間：2018-01-09 01:00

  本文關鍵詞：幾種新型光電活性材料的制備及其在染料敏化太陽能電池與分析檢測中的應用　出處：《中南大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 光電活性材料 染料敏化太陽能電池 硫化鎘量子點 傳感器 比色法檢測

【摘要】：摘要：光電活性材料包括有機染料及熒光分子、過渡金屬復合物、半導體氧化物、量子點(QDs)等。其優(yōu)良的物理化學性質使其在光電轉換、光催化以及分析檢測方面具有廣泛的應用。染料敏化太陽能電池(DSSCs)制作成本較低、環(huán)境友好是一類被廣泛關注的新型太陽能電池。目前實驗室得到的DSSCs的最高效率為13%,但與傳統(tǒng)的硅基太陽能電池的效率(約30%)還有較大差距。在DSSCs中,電解質氧化還原電對電位與氧化態(tài)染料分子能級之間的不匹配是造成電池開路電壓和總體效率中偏低的主要原因。而TiO2中光電子與氧化態(tài)電解質的復合,阻礙了DSSCs中具有較高電勢電解質的使用。針對這問題,在本研究中使用硅烷化處理的有序一維TiO2納米線陣列作為DSSCs的光陽極,這種開放的結構更有利于形成規(guī)則的聚硅氧烷修飾層來阻止光電子的復合,從而為DSSCs中使用高電勢電解質成為潛在可能。QDs具有獨特的光電性質,已被廣泛應用于構建無機離子及生物分子傳感器。但這些基于QDs的傳感器中,大部分需要進行繁瑣的表面修飾和功能化處理。借助化學修飾方法研究基于QDs的簡易傳感器有很重要的意義。比色檢測方法具有操作便利、結果直觀等特點,得到了廣泛的應用。設計合成新型有效的比色法探針也是研究的熱點。本論文設計合成了幾種新型光電活性物質,并將它們應用于了DSSCs與分析檢測中。主要內容包括： (1)用水熱法制備了一維有序結構的TiO2納米線,在吸附染料后通過硅烷化處理得到的光陽極中,光電子與高活性電解質(Fc+/Fc)間的復合被有效地阻止了。紅外光譜證實了聚硅氧烷層的形成。TiO2納米線陣列為表面修飾提供一種更開放和便于操作的結構,X射線散射能譜顯示Si在TiO2納米線為均勻分布狀態(tài)。電池性能測試結果表明,硅烷化處理后,在Fc+/Fc電解質中,電池的開路電壓及效率都顯著地提高了,光陽極中電子的壽命也呈指數(shù)關系地增長了。該電極的設計為DSSCs中使用與光敏劑能級更加匹配的電解質提供了可能。 (2)引入化學還原方法(還原劑為抗壞血酸,AA),使Cu2+能快速地還原成一價銅并以Cu2S的形式沉積在CdS量子點表面。通過觀測CdS量子點在650nm處熒光強度的變化,可在1nM至1μM范圍內實現(xiàn)對Cu2+的快速專一檢測,檢測限為0.5nM,與傳統(tǒng)的基于量子點的方法相比低了2至3個數(shù)量級。對水樣和人腦脊液實際樣品中Cu2+含量進行了測試,得到了與標準ICP-MS檢測類似的結果,說明該方法有較高的可行性。 (3)通過層層組裝的方法得到了CdS量子點固載的光電化學電極,將CdS量子點表面富集S2-后電極能產生將強的光電流響應。而電極用半胱氨酸處理后,由于Cys能取代CdS量子點表面的S2-,使得光電流信號下降。實現(xiàn)了對Cys的靈敏檢測,檢測線性范圍為1-100nM,檢測限為0.4nM。該方法成功應用于了血清樣品中Cys的檢測。 (4)根據(jù)Cys和N3染料競爭對Hg2+結合,利用Hg2+-N3復合物實現(xiàn)了對Cys的比色法檢測。首先,由于N3染料分子中SCN基團與Hg2十的配位作用,形成得到Hg2+-N3復合物,對應溶液顏色由紅色變?yōu)辄S色。在Cys的存在下,Cys的巰基與Hg2+具有更強的結合作用,從而將Hg2+-N3復合物中的Hg2+置換,N3染料分子被釋放,溶液顏色恢復至紅色�；谏鲜鲈韺崿F(xiàn)了對Cys的定量檢測,其檢測范圍為0.5-25μM,檢測限57nM。在此基礎上,通過在配體聯(lián)吡啶環(huán)上引入磷酸基團,得到了全水溶性的含釕染料。利用該染料分子實現(xiàn)了對水溶液體系中Hg2+的檢測。 (5)將水楊醛單元與萘酰亞胺重氮鹽偶聯(lián)反應得到了基于萘酰亞胺的偶氮苯染料分子探針1。在探針1中,水楊醛為CN-的識別基團,萘酰亞胺偶氮苯為檢測信號基團。與CN-反應后,探針1溶液顯示出了從黃到紅的顯著顏色變化,對應光譜吸收峰位置從408nm移置497nm。在優(yōu)選的H2O/DMSO (7/3, v/v)混合溶劑體系中,探針1.能實現(xiàn)對CN-的比值式檢測,檢測范圍為2-45μM,檢測限為0.4μM。而且該方法具有很高的特異性。另外,利用探針1制備了CN-檢測試紙,可目測出濃度大于20μM的CN-溶液。
[Abstract]:Abstract: optical active material includes organic dyes and fluorescent molecules, transition metal complexes, oxide semiconductor, quantum dots (QDs). Its excellent physical and chemical properties in the photoelectric conversion, with wide application of photocatalytic and analysis. The dye-sensitized solar cell (DSSCs) lower production cost. Environment friendly is a new type of solar cell is a widespread concern. At present the highest efficiency obtained in the laboratory of DSSCs is 13%, but the efficiency of silicon solar cells and the traditional (about 30%). There is a large gap in DSSCs, electrolyte redox couple mismatch between the potential and the oxidation state of dye molecule level is the main reason causing the battery open circuit voltage and low overall efficiency. And the photoelectron and electrolyte oxidation state in TiO2 composite, blocked the use of high potential electrolyte DSSCs. Aiming at this problem, in the Use of ordered one-dimensional TiO2 nanowire array silanation as photoanode DSSCs in this study, the composite structure is more open to form a regular polysiloxane modified layer to prevent the photoelectron, so as to use DSSCs in the high potential electrolyte potential.QDs has unique photoelectric properties, has been widely used in the construction of inorganic ions biological and molecular sensor. But these sensors based on QDs, most of the surface modification and function of complex processing. By the study of the chemical modification methods of simple sensor based on QDs has very important significance. With convenient colorimetric detection method, the characteristics of intuitive results, has been widely used. The design and synthesis of new and effective the ratio of hot color probe is also research. Several new photoelectric active substances were designed and synthesized in this paper, and apply them to the DSSCs The main contents of the analysis are as follows:
(1) TiO2 nanowires ordered structure were synthesized by hydrothermal method. The adsorption of the dye by photo anode in the silane treatment, optoelectronics and high activity of electrolyte (Fc+/Fc) between the compound being effectively prevented. The infrared spectra confirmed the formation of.TiO2 nanowire arrays for surface modified polysiloxane layer provides a a more open and convenient operation of the structure, X ray scattering spectra showed that Si in TiO2 nanowires with uniform distribution state. The test results show that the performance of the battery, silylation, in Fc+/Fc electrolyte, the open circuit voltage and efficiency of the battery has significantly increased, the photoanode electron lifetime is exponential relationship growth. Design of the electrode for possible use of electrolyte to match with the level of the photosensitizer DSSCs.
(2) the introduction of chemical reduction method (reducing agent for ascorbic acid, AA), the Cu2+ can quickly restore the copper in the form of Cu2S deposited on the surface of CdS quantum dots by observation of CdS quantum dots in 650nm fluorescence intensity changes, can achieve rapid specific detection of Cu2+ in 1nM to 1 M range, the detection limit is 0.5nM, and the traditional method based on quantum dots is low compared to 2 to 3 orders of magnitude. The content of Cu2+ and cerebrospinal fluid samples in real samples were tested by standard ICP-MS detection and similar results illustrate the feasibility of this method is high.
(3) through the layer by layer assembly method obtained photoelectrochemistry electrode supported CdS quantum dots, CdS quantum dots surface enrichment of S2- electrode can generate a photocurrent response will be strong. With cysteine electrode, because Cys can replace CdS on the surface of quantum dots S2-, the light current signal is realized decreased. Sensitive detection of Cys, the linear range of detection was 1-100nM, the detection limit is 0.4nM. this method is successfully applied to the detection of serum Cys in the sample.
(4) according to Cys and N3 dye competition for binding to Hg2+, implementation of Cys colorimetric assay using Hg2+-N3 complexes. Firstly, because the N3 dye molecules in SCN group and Hg2 ten ligand, forming Hg2+-N3 complex, corresponding to the color of the solution changed from red to yellow in the presence of Cys. Hg2+ and Cys, thiol binding effect, which will replace Hg2+ Hg2+-N3 complexes, N3 dye molecules are released, the color of the solution returned to red. The above principle realizes the quantitative detection of Cys based on the detection range of 0.5-25 M, the detection limit of 57nM. on the basis of this, through the combination of ligand pyridine ring into the phosphate group, the water soluble ruthenium dye. To detect Hg2+ in aqueous solution of the dye molecules.
(5) the salicylaldehyde unit and naphthalimide diazonium salt coupling reaction was obtained based on azo dye molecule probe Naphthlimide 1. probe in 1, salicylaldehyde recognition group CN-, naphthalimide azobenzene groups. As the detection signal and CN- reaction, the probe 1 showed from solution yellow to red color changes significantly, the corresponding spectral absorption peaks in the preferred H2O/DMSO from 408nm 497nm. (7/3, v/v) to displace the mixed solvent system, 1. probe can realize the detection of the CN- ratio, the detection range is 2-45 ~ M, the detection limit is 0.4 M. and the method has high specificity. In addition, the CN- test was made by 1 probe system, can measure the concentration of CN- at more than 20 M.

【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4;O657

【共引文獻】

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本文編號：1399340