本文關(guān)鍵詞：新型D-π-A聚合物染料分子光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 染料敏化劑 密度泛函理論 電荷轉(zhuǎn)移 態(tài)密度 吸收光譜

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對能源的需求越來越大,而煤、石油、天然氣等都是不可再生的能源,它們?nèi)紵龝懦龃罅康挠泻怏w,對環(huán)境造成污染,所以人們致力于找到新的能源。由于太陽能有突出的優(yōu)點(diǎn),如持續(xù)豐富、清潔無污染等,因而科學(xué)工作者希望把太陽能轉(zhuǎn)化為能夠被人們所利用的能源,如化學(xué)能和電能等。太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)把蘊(yùn)藏豐富的太陽能轉(zhuǎn)化為對人類有用的電能,因此受到大家的廣泛關(guān)注。染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs)因其制備簡單、光電轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)引起了眾多科學(xué)工作者的青睞。此類電池的核心構(gòu)成之一是染料敏化劑,其性能直接影響電池的光電轉(zhuǎn)化效率,本論文將以染料敏化劑作為研究的重點(diǎn)內(nèi)容。本文選用三種不同的D-π-A型染料敏化劑,即苯基并吲哚喹喔啉及其衍生物簡稱為IQ4、YA421、YA422分子作為研究對象。在密度泛函理論(DFT)和含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)基礎(chǔ)上,采用B3LYP函數(shù)和6-31 G(d)基組對三種分子進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化,以及對相應(yīng)的激發(fā)態(tài)進(jìn)行理論計(jì)算,得出HOMO和LUMO軌道間的能級差分別為：2.639eV、2.612eV和2.503eV。再根據(jù)分子激發(fā)態(tài)信息,畫出三種分子的吸收光譜。從光譜圖可以看出三種分子主要出現(xiàn)兩個(gè)吸收峰,第一個(gè)吸收峰波長范圍為300nm～400nm,第二個(gè)吸收峰為500nm～600nm。 YA421、YA422與IQ4分子相比,最高能量吸收峰發(fā)生明顯的紅移,其原因是由于供體基團(tuán)鏈的增長,導(dǎo)致分子間作用力增強(qiáng)。在IQ4、YA421、YA422基態(tài)優(yōu)化構(gòu)型的基礎(chǔ)上,使用GaussSum軟件計(jì)算體系的態(tài)密度(DOS)我們發(fā)現(xiàn),三種分子體系共軛鏈長度的增長,體系的電荷轉(zhuǎn)移從電子供體到電子受體的能力依次增強(qiáng),體系光誘導(dǎo)電荷分離態(tài)容易形成。為了更加直觀的觀察分子內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移,本論文還將使用三維實(shí)空間分析方法(躍遷密度(TD),電荷差異密度(CDD))將電荷轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行可視化。然后,再使用二維(2D)實(shí)空間分析的方法,分析電子-空穴的相干性情況。最后我們把計(jì)算出來的理論結(jié)果和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較,得出的結(jié)論大致相同。通過本論文的探究,能夠?yàn)橐院笱芯咳玖厦艋瘎┨峁┮欢ǖ睦碚搮⒖肌?br/> 【關(guān)鍵詞】：染料敏化劑 密度泛函理論 電荷轉(zhuǎn)移 態(tài)密度 吸收光譜
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O631;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 引言11-14
• 1.1 本文的研究背景及意義11-12
• 1.2 染料敏化太陽能電池的組成及運(yùn)行機(jī)理12-13
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容13-14
• 第2章 理論計(jì)算方法14-27
• 2.1 光物理理論基礎(chǔ)14-16
• 2.1.1 分子軌道理論14
• 2.1.2 躍遷定則14-15
• 2.1.3 光誘導(dǎo)能量傳遞和電子轉(zhuǎn)移15-16
• 2.2 波函數(shù)理論16-19
• 2.2.1 Hartree-Fock自恰場方法16-19
• 2.3 密度泛函理論19-27
• 2.3.1 Thomas-Fermi方法19-22
• 2.3.2 Hohenberg-Kohn定理22-23
• 2.3.3 Kohn-Sham方程23-24
• 2.3.4 含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)24-25
• 2.3.5 二、三維實(shí)空間分析法25-27
• 第3章 新型D-π-A聚合物染料分子光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理研究27-53
• 3.1 背景研究27
• 3.2 理論計(jì)算方法27-28
• 3.3 結(jié)果與分析28-53
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化28-29
• 3.3.2 分子的激發(fā)態(tài)計(jì)算29-37
• 3.3.3 分子的吸收光譜37-38
• 3.3.4 二維、三維實(shí)空間分析38-53
• 第4章 結(jié)論與展望53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-57

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