本文關(guān)鍵詞：鋅酞菁類化合物的合成、結(jié)構(gòu)及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells，DSSC)是一種成本低、效率高且對環(huán)境友好的太陽能電池，自從上世紀(jì)90年代誕生以來便受到許多國家研究人員的高度重視，已展現(xiàn)出非常誘人的應(yīng)用前景。在DSSC體系中，吸附了單層光敏染料的納米多孔半導(dǎo)體電極是其最為核心的部分。光敏染料起著吸收太陽能，并將激發(fā)態(tài)電子注入到納米半導(dǎo)體導(dǎo)帶的作用，是DSSC能獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和長壽命的決定性因素之一。 酞菁具有離域π電子大環(huán)共軛體系，有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、獨(dú)特的光和電等性質(zhì)。通過改變引入酞菁環(huán)外圍的取代基，可得到性能不同的酞菁類化合物，根據(jù)不同的特點(diǎn)它們能被應(yīng)用到許多領(lǐng)域，其中一些已被應(yīng)用到DSSC中。傳統(tǒng)的酞菁溶解性較差，易集聚，為了增強(qiáng)其溶解性，減少集聚，增大光譜響應(yīng)范圍，本文成功合成了六種新型的鋅酞菁光敏染料，通過引入不同的取代基改變分子的結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高光物理與電化學(xué)性能的目的。 由原料4-硝基鄰苯二甲腈、對氨基酚、對羥基苯甲酸、8-羥基喹啉、苯甲醛、對羥基苯甲醛和醋酸鋅等在1,8-二氮雜環(huán)[5,4,0]十一烯-7(DBU)的催化下合成了含芳氧基和席夫堿基團(tuán)兩大類六種新型鋅酞菁，分別是：2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(異丙氧基)鋅酞菁(IPc)、2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(8-氧基喹啉)鋅酞菁(QPc)、2(3)-[二(對硝基苯基)氨基苯氧基]-9(10),16(17),23(24)-三(8-喹啉氧)鋅酞菁(TQPc)、β-四苯亞甲基氨基鋅酞菁(BPc)、β-四對羥基苯亞甲基鋅酞菁(HPc)、β-四對羧基苯亞甲基鋅酞菁(CPc)。 通過紅外光譜、紫外-可見光譜、元素分析和核磁共振氫譜等方法表征了六種鋅酞菁化合物的結(jié)構(gòu)，并分別比較了它們在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液及其敏化的納米TiO2薄膜的紫外-可見光譜。結(jié)合紫外-可見光譜圖、循環(huán)伏安曲線和差分脈沖伏安曲線確定了六種鋅酞菁類化合物的基態(tài)氧化電位和激發(fā)態(tài)電位能級位置，最后測量了由其組裝的DSSC的光伏性能。 結(jié)果表明，含芳環(huán)不對稱鋅酞菁在DMF溶液中紫外-可見光譜的Q帶最大吸收峰大約在670-680nm處，而含席夫堿基團(tuán)鋅酞菁在DMF溶液中紫外-可見光譜的Q帶最大吸收峰大約在710-715nm處，后三種鋅酞菁由于共軛性的增大發(fā)生了較大程度的紅移，六種鋅酞菁敏化的納米TiO2薄膜的紫外-可見光譜紅移現(xiàn)象更為明顯，且吸收帶寬化了許多。六種鋅酞菁染料敏化劑的激發(fā)態(tài)能級范圍在-0.88V~-1.20V之間，與納米TiO2導(dǎo)帶能級位置相匹配，總的光電轉(zhuǎn)換效率(η)分別是：0.40%，0.43%，，0.51%，0.70%，0.73%，0.98%，得到了一定的的光電性能，尤其是CPc光電轉(zhuǎn)化率更為顯著。
【關(guān)鍵詞】：不對稱 席夫堿 鋅酞菁 合成 表征 染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O626
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 酞菁簡介11
• 1.2 酞菁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性質(zhì)11-13
• 1.3 金屬酞菁的光譜學(xué)性質(zhì)13-14
• 1.4 酞菁的聚集性質(zhì)14-15
• 1.5 金屬酞菁的合成15-20
• 1.5.1 固相合成法16
• 1.5.2 液相合成法16-18
• 1.5.3 微波輔助法18-20
• 1.6 酞菁在染料敏化太陽能電池(DSSC)方面的應(yīng)用20-26
• 1.6.1 DSSC 的基本構(gòu)造及工作原理21-22
• 1.6.2 光敏染料的特點(diǎn)22-23
• 1.6.3 染料敏化劑的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.6.4 酞菁敏化劑的研究進(jìn)展24-26
• 1.7 本論文選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容26-29
• 1.7.1 選題依據(jù)26-27
• 1.7.2 研究內(nèi)容27-29
• 2 含芳環(huán)不對稱鋅酞菁類化合物的合成29-42
• 2.1 引言29-30
• 2.2 試劑與儀器30-32
• 2.2.1 試劑30-31
• 2.2.2 儀器31-32
• 2.3 前軀體的合成與表征32-35
• 2.3.1 二(對硝基苯基)氨基苯酚的合成與表征32-33
• 2.3.2 4-(二(對硝基苯基)氨基苯氧基)鄰苯二甲腈的合成與表征33
• 2.3.3 4-(異丙氧基)鄰苯二甲腈的合成與表征33-34
• 2.3.4 4-(4-羧基苯氧基)鄰苯二甲腈的合成與表征34-35
• 2.3.5 4-(8-氧基喹啉)鄰苯二甲腈的合成與表征35
• 2.4 含芳環(huán)不對稱鋅酞菁類化合物的合成與表征35-39
• 2.4.1 2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(異丙氧基)鋅酞菁(IPc)的合成與表征35-36
• 2.4.2 2(3)-(4-羧基苯氧基)-9(10),16(17),23(24)-三(8-氧基喹啉)鋅酞菁(QPc)的合成與表征36-37
• 2.4.3 2(3)-[二(對硝基苯基)氨基苯氧基]-9(10),16(17),23(24)-三(8-喹啉氧)鋅酞菁(TQPc)的合成與表征37-39
• 2.5 含芳環(huán)不對稱鋅酞菁類化合物的紅外光譜圖39-40
• 2.6 納米 TiO_2薄膜的制備40
• 2.7 對電極的制備40
• 2.8 染料敏化太陽能電池的組裝40-41
• 2.9 小結(jié)41-42
• 3 對化合物的性能研究42-57
• 3.1 引言42
• 3.2 紫外-可見吸收(UV-Vis)光譜42-49
• 3.2.1 溶液和敏化的納米 TiO_2薄膜的 UV-Vis 光譜42-44
• 3.2.2 聚集性的研究44-49
• 3.3 氧化還原性質(zhì)49-53
• 3.4 不對稱酞菁鋅構(gòu)建的 DSSC 的光伏性能及測試53-55
• 3.5 小結(jié)55-57
• 4 含芳環(huán)席夫堿鋅酞菁類化合物的合成57-65
• 4.1 引言57-58
• 4.2 試劑與儀器58-59
• 4.2.1 試劑58
• 4.2.2 儀器58-59
• 4.3 含芳環(huán)席夫堿鋅酞菁類化合物的合成與表征59-63
• 4.3.1 β-四苯亞甲基氨基鋅酞菁(BPc)的合成與表征59-61
• 4.3.2 β-四對羥基苯亞甲基鋅酞菁(HPc)的合成與表征61-62
• 4.3.3 β-四對羧基苯亞甲基鋅酞菁(CPc)的合成與表征62-63
• 4.4 含芳環(huán)席夫堿鋅酞菁類化合物紅外光譜63-64
• 4.5 小結(jié)64-65
• 5 含芳環(huán)席夫堿鋅酞菁類化合物的性能研究65-74
• 5.1 UV-Vis 光譜65-70
• 5.1.1 敏化納米 TiO_2薄膜的 UV-Vis 光譜65-67
• 5.1.2 聚集性研究67-70
• 5.2 氧化還原性質(zhì)70-72
• 5.3 含芳環(huán)席夫堿鋅酞菁光伏性能72
• 5.4 小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果84-85
• 致謝85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：433201