本文關(guān)鍵詞：染料敏化太陽電池中卟啉敏化劑和鈷基電解質(zhì)的研究

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【摘要】：由于染料敏化太陽電池(Dye Sensitized Solar Cell,DSSC)具有成本低、易制作、原料充足以及綠色環(huán)保等特點,因此成為了替代硅基太陽電池和薄膜太陽電池的光電轉(zhuǎn)換設備的有力候選。染料光敏化劑和電解質(zhì)作為染料敏化太陽電池的重要組成部分,受到了人們極大的關(guān)注。卟啉類敏化劑以其較好的光響應能力、相對較高的摩爾吸光系數(shù)以及良好的化學穩(wěn)定性等優(yōu)點成為近年來染料敏化太陽電池領(lǐng)域的研究熱點。而鈷基配合物電解質(zhì)因具有較低的氧化還原電對、較大的開路電壓以及能夠有效地抑制電子復合等特點吸引著研究人員的探索熱情。本論文作為國家自然科學基金項目(NO.21171084)與973項目子課題(2011CBA00701)的部分工作,主要取得了以下幾個方面的研究成果:一、ZnYD系列卟啉敏化劑化合物的理論研究采用密度泛函理論(DFT)的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體Zn YDR(R=H)和B-H(B、C、D、E、F、G、H)七種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算,確保了供體和受體組成分子的可行性。采用相同的方法對組成的Zn YD系列候選分子(Zn YDB、Zn YDC、Zn YDD、Zn YDE、Zn YDF、Zn YDG、Zn YDH)及參比分子(YD2-o-C8,SM315)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用含時密度泛函理論(TD-DFT)的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候選分子和參比分子在四氫呋喃(THF)中的電子吸收光譜,并對Zn YD系列候選分子與參比分子進行了分子軌道能級、分子軌道分布和電子吸收光譜的比較和分析。計算結(jié)果表明,SM315和Zn YD系列分子在600~700nm出現(xiàn)電子吸收,這預示著苯并噻二唑有助于SM315和Zn YD系列分子的Q帶吸收峰紅移。二、Zn SM系列卟啉敏化劑化合物的理論研究采用DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體Zn SMR(R=H)和C-G(C、D、E、F、G)五種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算,確保了供體和受體組成分子的可行性。采用相同的方法對組成的Zn SM系列候選分子(Zn SMC、Zn SMD、Zn SME、Zn SMF、Zn SMG)及參比分子(YD2-o-C8,SM315)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用TD-DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候選分子和參比分子在THF中的電子吸收光譜。計算結(jié)果表明,SM315和Zn SM系列分子在650-680nm處有電子吸收,這預示著苯并噻二唑有助于SM315和Zn SM系列分子的Q帶吸收峰紅移。三、Zn Por系列卟啉敏化劑化合物的理論研究采用DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上完成了對供體Zn Por R(R=H)和A-G(A、B、C、D、E、F、G)七種含有苯并噻二唑的炔基橋連受體基團的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算,確保了供體和受體組成分子的可行性。采用相同的方法對組成的Zn Por系列候選分子(Zn Por A、Zn Por B、Zn Por C、Zn Por D、Zn Por E、Zn Por F、Zn Por G)及參比分子(YD2-o-C8,SM315)進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,頻率、分子軌道分布及組成、分子內(nèi)部電子空間分部的計算。采用TD-DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上模擬計算了候選分子和參比分子在THF中的電子吸收光譜,計算結(jié)果表明SM315和除了Zn Por A之外的Zn Por系列分子在650-670nm處都有吸收,這預示著苯并噻二唑有助于SM315和除了Zn Por A之外的Zn Por系列分子的Q帶吸收峰紅移。四、Co Tpy系列鈷基電解質(zhì)化合物的理論研究采用DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上對Co TPy系列候選分子和參比分子FK269在正二價態(tài)下進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化和頻率計算。然后在分子正二價態(tài)下,對它們的分子軌道能級進行了計算。最后采用TD-DFT的方法,在B3LYP/LANL2DZ水平上對候選分子和參比分子在THF中的電子吸收光譜進行了計算,計算結(jié)果表明Co Tpy1和Co Tpy2可能最適合作為做DSSC中的電解質(zhì)。五、1,3-二(吡啶-2-基)吡唑的合成聯(lián)吡啶類配體具有結(jié)構(gòu)易修飾及化學穩(wěn)定性相對較強等性質(zhì),因此其不僅在有機合成領(lǐng)域中具有重要的地位,而且還被廣泛地用于合成金屬螯合配合物。在染料敏化太陽電池中,以聯(lián)吡啶類化合物作為配體的鈷基聯(lián)吡啶類配合物電解質(zhì)因具有較低的氧化還原電對、較大的開路電壓以及能夠有效地抑制電子復合等優(yōu)點也成為近年來DSSC領(lǐng)域研究的熱點。本章中,我們對1,3-二(吡啶-2-基)吡唑的合成方法進行了改進,改進后的方法在操作上不僅省時省力,而且得到的目標產(chǎn)物易提純,產(chǎn)率高,這為快速高效制備出更多吡唑聯(lián)吡啶類的化合物提供了可能。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽電池 卟啉類敏化劑 鈷基電解質(zhì) 密度泛函理論 含時密度泛函理論
【學位授予單位】：聊城大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4;O626
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-11
• 前言11-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 染料敏化太陽電池12-15
• 1.2 染料光敏化劑15-18
• 1.3 氧化還原電解質(zhì)18-20
• 1.4 本課題的選題背景和研究意義20-22
• 第二章 ZnYD系列卟啉敏化劑的理論研究22-33
• 2.1 引言22-23
• 2.2 計算方法23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-31
• 2.4 本章小結(jié)31-33
• 第三章 ZnSM系列卟啉敏化劑的理論研究33-43
• 3.1 引言33-34
• 3.2 計算方法34
• 3.3 結(jié)果與討論34-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第四章 ZnPor系列卟啉敏化劑的理論研究43-52
• 4.1 引言43-44
• 4.2 計算方法44
• 4.3 結(jié)果與討論44-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 第五章 CoTpy系列鈷基電解質(zhì)的理論研究52-60
• 5.1 引言52-54
• 5.2 計算方法54
• 5.3 結(jié)果與討論54-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章 1,3-二（吡啶2基）吡唑的合成60-63
• 6.1 引言60
• 6.2 藥品試劑60-61
• 6.3 1，，3-二（吡啶2基）吡唑的合成方法61-62
• 6.4 本章小結(jié)62-63
• 第七章 總結(jié)63-66
• 參考文獻66-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 金立國;張立偉;王洪杰;王朔;付萬克;;應用在染料敏化太陽能電池中的電解質(zhì)的研究進展[J];哈爾濱理工大學學報;2013年02期

2 譚青龍;毛利軍;張學俊;;卟啉類光敏劑在染料敏化太陽能電池中的研究[J];化學工程與裝備;2012年05期

本文編號：1013264