本文關(guān)鍵詞：新型釕染料敏化劑的設(shè)計(jì)合成及其自組裝技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：釕配合物因其獨(dú)特的化學(xué)穩(wěn)定性、氧化還原性和良好的激發(fā)態(tài)反應(yīng)活性已成為染料敏化太陽(yáng)電池首選的高效敏化劑。經(jīng)釕配合物修飾的電極材料具有良好的光電性能及穩(wěn)定性,可廣泛應(yīng)用于光電池研究領(lǐng)域。本文以合成的兩類新型釕染料敏化劑Ru-Py2和Ru-Py4,在ITO和HOPG電極表面自組裝釕配合物單分子膜；結(jié)合石墨烯的特性,在釕配合物單分子膜的基礎(chǔ)上,提出了基于釕配合物/石墨烯復(fù)合膜的層層自組裝新技術(shù),深入研究復(fù)合方式對(duì)膜性能的影響,取得了一些有意義的結(jié)果,具體如下：設(shè)計(jì)合成兩種新型釕染料敏化劑Ru-Py2和Ru-Py4。對(duì)合成釕配合物各階段產(chǎn)物進(jìn)行'H-NMR和MS檢測(cè)以明確所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和純度。目標(biāo)釕配合物的TG分析表明Ru-Py2和Ru-Py4熱穩(wěn)定性高,滿足太陽(yáng)電池對(duì)敏化劑的熱穩(wěn)性要求。Ru-Py2和Ru-Py4吸附性檢測(cè)結(jié)果表明磷酸酯基使得Ru-Py2可以吸附到ITO電極上,芘基使得Ru-Py2和Ru-Py4可以吸附到HOPG表面。采用CV和UV法跟蹤釕配合物分子在不同基底上的生長(zhǎng)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)經(jīng)Ru-Py2修飾的ITO電極的表面覆蓋度與浸漬時(shí)間滿足Langmuir方程式；Ru-Py2修飾ITO電極的最佳組裝時(shí)間為3小時(shí),飽和時(shí)的表面覆蓋度為2.83×10-11mol/cm2;Ru-Py2、 Ru-Py4修飾HOPG電極的最佳組裝時(shí)間均為6小時(shí),飽和時(shí)的表面覆蓋度分別為1.95×10-11mol/cm2和3.60×10-11mol/cm2。Ru-Py2從ITO和HOPG表面脫附、Ru-Py4從HOPG表面脫附的解吸常數(shù)分別為6.82×10-7 s-1,1.71×1 0-6 s-1和2.17×10-6s-1,說(shuō)明經(jīng)Ru-Py2和Ru-Py4修飾的電極均表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附穩(wěn)定性。系統(tǒng)研究了不同表面活性劑對(duì)石墨烯的分散能力。當(dāng)SDS的濃度為2mg/mL時(shí)得到的兩種石墨烯G分散液和GF分散液的濃度分別為0.39mg/mL和0.3mg/mL,兩種石墨烯分散液靜置一個(gè)月后仍可保持均一、穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)兩種石墨烯分散液和成膜工藝(浸漬法、旋涂法)制備的石墨烯膜性能進(jìn)行研究,確定最佳石墨烯成膜工藝。在釕配合物單分子膜的基礎(chǔ)上引入石墨烯膜,進(jìn)行釕配合物／石墨烯復(fù)合膜的層層自組裝研究。深入探索了不同復(fù)合方式對(duì)膜性能的影響,將Ru-Py2與Ru-Py4復(fù)合得到的膜材料電化學(xué)性能高于單一的膜材料；石墨烯膜與Ru-Py2/Ru-Py4復(fù)合后π→π*和MLCT的吸收譜帶均發(fā)生紅移及增色現(xiàn)象,且隨著石墨烯層的增加,紅移和增色程度增加。通過(guò)比較得出Ru-Py2/(G/Ru-Py4)n復(fù)合膜同時(shí)具備了Ru-Py2、Ru-Py4和石墨烯的性能,使得該復(fù)合膜在光、電化學(xué)性能和穩(wěn)定性方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。綜上,論文設(shè)計(jì)合成了兩類新型釕配合物,并以1H-NMR、MS和TG表征目標(biāo)釕配合物的結(jié)構(gòu)、純度和熱穩(wěn)定性。探索了石墨烯膜的制備方法,確定最佳的石墨烯成膜工藝。在釕配合物單分子膜和石墨烯膜的基礎(chǔ)上,進(jìn)行釕配合物／石墨烯膜的層層自組裝,深入研究了復(fù)合方式對(duì)膜性能的影響,提出了基于釕配合物／石墨烯復(fù)合膜的層層自組裝新技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化劑 釕配合物 石墨烯 自組裝 復(fù)合膜
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 縮略詞13-15
• 第一章 緒論15-35
• 1.1 染料敏化太陽(yáng)電池15-20
• 1.1.1 染料敏化太陽(yáng)電池概述15-16
• 1.1.2 染料敏化太陽(yáng)電池的組成16-17
• 1.1.3 染料敏化太陽(yáng)電池的工作原理17-19
• 1.1.4 影響染料敏化太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率的因素19-20
• 1.2 染料敏化劑20-23
• 1.2.1 染料敏化劑概述20-21
• 1.2.2 染料與納米晶膜表面鍵合的基本理論21-22
• 1.2.3 染料敏化劑的研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 釕配合物的自組裝23-27
• 1.3.1 釕配合物自組裝方式24-25
• 1.3.2 釕配合物自組裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀25-27
• 1.4 石墨烯及其自組裝技術(shù)27-31
• 1.4.1 石墨烯及其制備方法27-29
• 1.4.2 石墨烯的自組裝29-30
• 1.4.3 石墨烯及其自組裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀30-31
• 1.5 論文研究目標(biāo)及內(nèi)容31-35
• 1.5.1 研究目標(biāo)及關(guān)鍵問(wèn)題31-32
• 1.5.2 論文主要研究?jī)?nèi)容32-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)35-47
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)35-36
• 2.2 釕配合物分子設(shè)計(jì)36-39
• 2.3 基底選擇39
• 2.4 釕配合物分子自組裝設(shè)計(jì)39-44
• 2.4.1 釕配合物單分子膜自組裝設(shè)計(jì)40-42
• 2.4.2 釕配合物多層復(fù)合膜自組裝設(shè)計(jì)42-44
• 2.5 本章小結(jié)44-47
• 第三章 新型釕配合物的合成及性能研究47-79
• 3.1 實(shí)驗(yàn)原料及表征方法47-48
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料47
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及表征方法47-48
• 3.2 配體的合成及其反應(yīng)機(jī)理研究48-67
• 3.2.1 Py_2G_1MeBip配體的合成及其反應(yīng)機(jī)理研究48-62
• 3.2.2 XPOEt配體的合成及其反應(yīng)機(jī)理研究62-67
• 3.3 新型釕配合物的合成67-72
• 3.3.1 Ru-Py_2的合成67-71
• 3.3.2 Ru-Py_4的合成71-72
• 3.4 釕配合物的熱穩(wěn)定性分析72-73
• 3.5 釕配合物的吸附性判定73-77
• 3.6 本章小結(jié)77-79
• 第四章 釕配合物單分子膜對(duì)電極表面的修飾行為研究79-97
• 4.1 實(shí)驗(yàn)儀器及表征方法79-81
• 4.2 Ru-Py_2對(duì)ITO電極的表面修飾81-85
• 4.2.1 ITO電極上Ru-Py_2單層膜的組裝81-82
• 4.2.2 電化學(xué)分析82-84
• 4.2.3 UV分析84-85
• 4.2.4 表面接觸角分析85
• 4.3 Ru-Py_2對(duì)HOPG電極的表面修飾85-88
• 4.3.1 HOPG電極上Ru-Py_2單層膜的組裝85-86
• 4.3.2 電化學(xué)分析86-88
• 4.3.3 表面接觸角分析88
• 4.4 Ru-Py_4對(duì)HOPG電極的表面修飾88-91
• 4.4.1 HOPG電極上Ru-Py_4單層膜的組裝89
• 4.4.2 電化學(xué)分析89-91
• 4.4.3 表面接觸角分析91
• 4.5 Ru單層膜的AFM分析91-93
• 4.5.1 Ru-Py_2單層膜的AFM分析92
• 4.5.2 Ru-Py_4單層膜的AFM分析92-93
• 4.6 Ru單層膜的穩(wěn)定性分析93-94
• 4.7 含芘基釕配合物的電化學(xué)聚合反應(yīng)94-95
• 4.8 本章小結(jié)95-97
• 第五章 石墨烯分散液的制備、成膜及性能調(diào)控97-113
• 5.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器97-98
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)原料97
• 5.1.2 儀器97-98
• 5.2 石墨烯分散液的制備及性能研究98-100
• 5.2.1 石墨烯分散液的制備98
• 5.2.2 石墨烯分散液的性能研究98-100
• 5.3 石墨烯膜的制備100-101
• 5.4 石墨烯膜的表面形貌分析101-103
• 5.4.1 石墨烯膜的STEM表征101
• 5.4.2 石墨烯膜的AFM表征101-103
• 5.4.3 石墨烯膜的表面接觸角測(cè)定103
• 5.5 石墨烯膜的UV分析103-104
• 5.6 石墨烯膜的旋涂組裝條件確定104-108
• 5.7 石墨烯膜的組裝能力分析108-110
• 5.8 石墨烯膜的穩(wěn)定性分析110-111
• 5.9 石墨烯膜的性能比較111
• 5.10 本章小結(jié)111-113
• 第六章 基于釕配合物/石墨烯復(fù)合膜的層層自組裝113-155
• 6.1 釕配合物雙層膜的自組裝113-120
• 6.1.1 HOPG電極上Ru-Py_2雙層膜的自組裝及性能分析113-116
• 6.1.2 ITO電極上Ru-Py_2/石墨烯雙層復(fù)合膜的自組裝及性能分析116-120
• 6.2 ITO電極上Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的自組裝120-130
• 6.2.1 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的自組裝過(guò)程121-122
• 6.2.2 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的表面接觸角分析122-123
• 6.2.3 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的電化學(xué)分析123-126
• 6.2.4 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的UV分析126-128
• 6.2.5 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_4)_n多層復(fù)合膜的SEM分析128-130
• 6.3 ITO電極上Ru-Py_2/(G/Ru-Py_2/Ru-Py_2)_n多層復(fù)合膜的自組裝130-139
• 6.3.1 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_2/Ru-Py_2)_n多層復(fù)合膜的自組裝過(guò)程131-132
• 6.3.2 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_2/Ru-Py_2)_n多層復(fù)合膜的表面接觸角分析132-133
• 6.3.3 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_2/Ru-Py_2)_n多層復(fù)合膜的電化學(xué)分析133-136
• 6.3.4 Ru-Py_2/(G/Ru-Py_2/Ru-Py_2)_n多層復(fù)合膜的UV分析136-139
• 6.4 HOPG電極上(Ru-Py_2/Ru-Py_2/G)_n多層復(fù)合膜的自組裝139-144
• 6.4.1 (Ru-Py_2/Ru-Py_2/G)_n多層復(fù)合膜的自組裝過(guò)程140-141
• 6.4.2 (Ru-Py_2/Ru-Py_2/G)_n多層復(fù)合膜的表面接觸角分析141-142
• 6.4.3 (Ru-Py_2/Ru-Py_2/G)_n多層復(fù)合膜的電化學(xué)分析142-144
• 6.5 HOPG電極上(Ru-Py_4/G)_n多層復(fù)合膜的自組裝144-149
• 6.5.1 (Ru-Py_4/G)_n多層復(fù)合膜的自組裝過(guò)程145-146
• 6.5.2 (Ru-Py_4/G)_n多層復(fù)合膜的表面接觸角分析146-147
• 6.5.3 (Ru-Py_4/G)_n多層復(fù)合膜的電化學(xué)分析147-149
• 6.6 釕配合物多層復(fù)合膜的性能比較149-151
• 6.7 釕配合物及其自組裝膜在染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用151-152
• 6.8 本章小結(jié)152-155
• 第七章 結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)155-159
• 致謝159-161
• 參考文獻(xiàn)161-179
• 附錄179-180

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：新型釕染料敏化劑的設(shè)計(jì)合成及其自組裝技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：270103