本文關(guān)鍵詞：新型染料的合成及其在染料敏化太陽(yáng)能電池和二氧化碳還原中的應(yīng)用研究　出處：《蘭州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：到目前為止,全球每年的能源消耗大約在10TW;到2050年,能源消耗將增加至30TW。為了維持大氣中二氧化碳的濃度,額外的20TW能量則將由清潔能源彌補(bǔ)。因此,在過(guò)去幾十年中,為了尋求能源消耗和氣候變化兩者之間的平衡,各國(guó)都對(duì)新能源展開(kāi)一系列的研究。太陽(yáng)能作為一種分布廣泛、資源豐富、環(huán)境友好、綠色環(huán)保和可持久利用的清潔能源而備受各國(guó)關(guān)注。光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換是太陽(yáng)能利用的主要形式。染料敏化太陽(yáng)能電池是新一代的太陽(yáng)能電池,其以工藝簡(jiǎn)單、成本低、材料來(lái)源廣泛,可大面積制備等優(yōu)勢(shì)引領(lǐng)太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向。此外,將二氧化碳還原和敏化二氧化鈦聯(lián)合應(yīng)用合成高能化合物是太陽(yáng)能光化學(xué)轉(zhuǎn)化,這種技術(shù)太陽(yáng)利用的另一種形式。敏化劑在光轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中吸收太陽(yáng)光并引發(fā)最初的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng),是整個(gè)系統(tǒng)中的核心部分。合成優(yōu)良的敏化劑對(duì)太陽(yáng)能光轉(zhuǎn)化有著極為重要的意義。本論文通過(guò)合成新型配合物作為光敏化劑,并將其應(yīng)用到太陽(yáng)能人工利用中。而關(guān)于光敏劑則關(guān)于一下四部分(1)Salen型金屬化合物是類卟啉化合物,將這種金屬配合物應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中,是對(duì)卟啉類太陽(yáng)能電池的補(bǔ)充。我們合成了6種敏化劑,并對(duì)其進(jìn)行光伏響應(yīng)、單色光轉(zhuǎn)換效率、光電轉(zhuǎn)化等性能進(jìn)行測(cè)試,當(dāng)供體部分的長(zhǎng)鏈從0增至8時(shí),光伏性能有極大的提升;而當(dāng)引入第二個(gè)COOH時(shí),由于提高了染料和二氧化鈦的接觸面積,進(jìn)而增大了電子注入效率,所以光伏性能又有大幅提升。(2)對(duì)于敏化劑來(lái)說(shuō),為了保證電子在敏化劑中傳遞的方向性,合成不對(duì)稱的Salen型化合物是非常有必要的。通過(guò)對(duì)這四種敏化劑進(jìn)行光伏響應(yīng)、單色光轉(zhuǎn)換效率、光電轉(zhuǎn)化等性能進(jìn)行測(cè)試,其光電性能皆優(yōu)于對(duì)稱Salen型化合物。(3)卟啉及其衍生化合物廣泛存在于生物體內(nèi)和能量轉(zhuǎn)移的相關(guān)的重要細(xì)胞器內(nèi)。前人通過(guò)仿生葉綠素Chlorophy II將卟啉鋅應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中。為了增加電子從染料到TiO_2的傳輸通道,合成多齒錨定基團(tuán)的染料顯得非常必要。我們通過(guò)合成5種卟啉染料,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,具有多齒錨定基團(tuán)的卟啉染料顯示出優(yōu)良的光伏性能,與傳統(tǒng)的以羧酸為錨定基團(tuán)的染料相比,具有明顯的增強(qiáng)作用。密度泛函理論計(jì)算和電化學(xué)阻抗顯示,三齒錨定模式可提供更多電子傳輸途徑,優(yōu)化電子向TiO_2薄膜注入效率。(4)人工光合作用是利用太陽(yáng)能的另一種方式。它將太陽(yáng)能的利用和溫室氣體治理來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)施。在本章中,課題組模擬綠葉光合作用系統(tǒng),開(kāi)發(fā)了一種人工光合作用系統(tǒng)(Pd/NRx@TiO_2)||Co-Pi/W:BiVO4):有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料作為光陰極,模擬光系統(tǒng)I;Co-Pi/W:BiVO4作為光陽(yáng)極,模擬光系統(tǒng)II。在200mW/cm2的模擬太陽(yáng)光的照射下,給以0.6V的電壓,人工光系統(tǒng)產(chǎn)甲醇的速率達(dá)到106.4μM h-1 cm-2。順磁共振實(shí)驗(yàn)(EPR)則表明羥基自由基是重要的中間體,并為實(shí)驗(yàn)機(jī)理猜測(cè)提供基礎(chǔ)。此外,通過(guò)13CO_2的同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證實(shí),光系統(tǒng)所產(chǎn)甲醇的碳源皆來(lái)源于二氧化碳。而氧十八(H2O18)的同位素標(biāo)記表明光系統(tǒng)產(chǎn)生了氧氣。實(shí)現(xiàn)了光電聯(lián)合催化CO_2還原和光解水反應(yīng)的耦合。
[Abstract]:In order to maintain the balance between energy consumption and climate change , a series of studies have been carried out in the past few decades in order to improve the balance between energy consumption and climate change .

【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 譚松庭,周建萍,趙斌,彭俊華;雙8-羥基喹啉-席夫堿-鋅高分子配合物的制備及發(fā)光性能[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2003年01期

2 王琳,姜玄珍;對(duì)ZrO_2作為CO_2氫化反應(yīng)催化劑載體的研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);1990年03期

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本文編號(hào)：1411044