本文關(guān)鍵詞：以苯并噻唑、萘酰亞胺為構(gòu)筑單元的有機(jī)染料分子的設(shè)計(jì)、合成及其應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本論文立足于當(dāng)前染料敏化太陽(yáng)能電池和光催化降解領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),致力于穩(wěn)定、高效有機(jī)染料分子的設(shè)計(jì)、合成及其應(yīng)用研究�？紤]到苯并噻唑和萘酰亞胺基團(tuán)優(yōu)異的光、熱和化學(xué)穩(wěn)定性,以及良好的光電性質(zhì),本文選取苯并噻唑和萘酰亞胺基團(tuán)為構(gòu)筑單元,將它們引入到咔唑、三苯胺、吩噻嗪和卟啉等有機(jī)分子的主鏈或外圍,合成一系列的敏化染料分子,探討了這些染料分子在染料敏化太陽(yáng)能電池和光催化降解領(lǐng)域的應(yīng)用。第一章,介紹了敏化染料在染料敏化太陽(yáng)能電池及光催化降解方面的應(yīng)用及相關(guān)原理,綜述了敏化染料的研究歷史與現(xiàn)狀,提出了論文的設(shè)計(jì)思想及研究?jī)?nèi)容。第二章,設(shè)計(jì)合成了四種A(弱)-D-π-A結(jié)構(gòu)的咔唑基染料分子,烷基咔唑作為電子給體,氰基乙酸為電子受體,在給體和受體單元之間引入不同的π共軛單元來調(diào)節(jié)染料分子的共軛度;從提高染料分子穩(wěn)定性及增加分子共軛度的角度出發(fā),在咔唑基染料分子的主鏈上引入了苯并噻唑基團(tuán)。研究結(jié)果表明,富電子噻吩基團(tuán)的引入,使材料的吸收加寬,摩爾吸光系數(shù)增大,基于染料CZCOOH-4的染料敏化太陽(yáng)能電池器件表現(xiàn)出了最佳的器件性能,能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了3.61%。第三章,將苯并噻唑引入到三苯胺基團(tuán)上,設(shè)計(jì)合成了五種基于三苯胺的染料分子,探討了目標(biāo)染料分子在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。考察了苯并噻唑單元的取代個(gè)數(shù)及不同給體修飾基團(tuán)對(duì)染料性能的影響,隨著三苯胺雙臂位置上苯并噻唑單元及修飾基團(tuán)個(gè)數(shù)的增加,材料的吸收光譜發(fā)生了較大紅移。由于甲氧基修飾基團(tuán)良好的推電子性能,基于TPACOOH-4的染料敏化太陽(yáng)能電池器件獲得了最佳的性能,能量轉(zhuǎn)換效率為3.83%。第四章,設(shè)計(jì)合成了一系列吩噻嗪基染料分子,在吩噻嗪和受體氰基羧酸之間引入不同的共軛spacer,用于調(diào)節(jié)分子的共軛度,改善染料分子的光響應(yīng)能力。與此同時(shí),設(shè)計(jì)合成兩種側(cè)位烷巰基噻吩修飾的吩噻嗪基染料分子,從理論和實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了吩噻嗪N(10)位上的萘酰亞胺懸掛基團(tuán)對(duì)染料分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移的不利影響,為后續(xù)分子設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。SQCOOH-5相關(guān)器件表現(xiàn)出了較好的器件性能,在標(biāo)準(zhǔn)AM 1.5G的光照下,加CDCA的器件能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.80%,短路電路Jsc達(dá)到了10.71 m A cm-2,開路電壓Voc高達(dá)740 m V。第五章,設(shè)計(jì)并合成不同連接橋(醚橋和炔橋)連接的萘酰亞胺功能化卟啉染料TNPPH2和TANPH2,并合成了相關(guān)的多種金屬配合物,光物理研究表明,目標(biāo)化合物在紫外和可見光區(qū)有較強(qiáng)的光俘獲能力。光激發(fā)下,發(fā)生了從萘酰亞胺基團(tuán)到卟啉中心的能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,目標(biāo)卟啉染料表現(xiàn)出了光俘獲天線的功能。從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了炔橋更加順暢的能量轉(zhuǎn)移功能(相對(duì)于醚橋來說),TANPH2和TANPZn的能量轉(zhuǎn)移效率分別達(dá)到了99.6%和96.5%。第六章,設(shè)計(jì)并合成了不同連接橋(醚橋和炔橋)連接的萘酰亞胺功能化卟啉染料OPHy和QPHy,并得到了相關(guān)的鋅和銅配合物,此后利用新合成的卟啉染料與Ti O2復(fù)合制備了卟啉-Ti O2復(fù)合材料,利用X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)以及紫外可見散射光譜(DRS)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明,敏化劑以化學(xué)吸附的形式附著在Ti O2的表面,敏化劑的引入大大拓寬了Ti O2的吸收光譜。隨后,利用該系列卟啉-Ti O2復(fù)合材料進(jìn)行了光催化降解甲基橙實(shí)驗(yàn)研究,考察了不同樣品的光催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)于純的Ti O2納米粒子,卟啉-Ti O2復(fù)合材料的催化活性均有了不同程度的提高,其中QPHy Cu-Ti O2樣品表現(xiàn)出了最好的光催化能力。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 光催化降解 敏化染料 卟啉 萘酰亞胺 苯并噻唑
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ610.1;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 專用術(shù)語(yǔ)注釋表10-11
• 第一章 緒論11-43
• 1.1 敏化染料分子概述11
• 1.2 敏化染料應(yīng)用及相關(guān)原理11-15
• 1.2.1 染料敏化太陽(yáng)能電池工作原理及性能參數(shù)11-14
• 1.2.2 染料/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料光催化降解工作原理14-15
• 1.3 DSSCs染料敏化劑研究進(jìn)展15-31
• 1.3.1 金屬配合物染料16-21
• 1.3.2 三苯胺基敏化染料21-26
• 1.3.3 咔唑基敏化染料26-28
• 1.3.4 吩噻嗪基敏化染料28-31
• 1.3.5 其他類敏化染料31
• 1.4 光催化降解敏化劑概述31-32
• 1.5 噻唑類構(gòu)筑單元在DSSCs領(lǐng)域的應(yīng)用32-34
• 1.6 萘酰亞胺構(gòu)筑單元在敏化染料中的應(yīng)用34-35
• 1.7 本論文的設(shè)計(jì)思想及主要內(nèi)容35-37
• 1.8 參考文獻(xiàn)37-43
• 第二章 含苯并噻唑的咔唑基染料的合成及染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用43-64
• 2.1 引言43
• 2.2 設(shè)計(jì)思路43-44
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分44-53
• 2.3.1 主要藥品和試劑44-45
• 2.3.2 合成與表征45-51
• 2.3.3 實(shí)驗(yàn)儀器與方法51-52
• 2.3.4 量子化學(xué)計(jì)算方法52
• 2.3.5 染料敏化電池器件制備52
• 2.3.6 染料敏化電池器件測(cè)試52-53
• 2.4 結(jié)果與討論53-62
• 2.4.1 材料合成53
• 2.4.2 結(jié)構(gòu)表征53-54
• 2.4.3 光物理性質(zhì)研究54-56
• 2.4.4 電化學(xué)研究56-58
• 2.4.5 量子化學(xué)研究58-59
• 2.4.6 染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用59-62
• 2.5 本章小結(jié)62-63
• 2.6 參考文獻(xiàn)63-64
• 第三章 含苯并噻唑的三苯胺基染料的合成及染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用64-85
• 3.1 引言64
• 3.2 設(shè)計(jì)思路64-65
• 3.3 實(shí)驗(yàn)部分65-73
• 3.3.1 主要藥品和試劑65-66
• 3.3.2 合成與表征66-72
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)儀器與方法72
• 3.3.4 量子化學(xué)計(jì)算方法72-73
• 3.3.5 染料敏化電池器件制備73
• 3.3.6 染料敏化電池器件測(cè)試73
• 3.4 結(jié)果與討論73-83
• 3.4.1 材料合成73-74
• 3.4.2 結(jié)構(gòu)表征74-75
• 3.4.3 光物理性質(zhì)研究75-77
• 3.4.4 電化學(xué)研究77-78
• 3.4.5 量子化學(xué)研究78-80
• 3.4.6 染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用80-83
• 3.5 本章小結(jié)83-84
• 3.6 參考文獻(xiàn)84-85
• 第四章 吩噻嗪基染料的合成及染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用85-106
• 4.1 引言85
• 4.2 設(shè)計(jì)思路85-86
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分86-95
• 4.3.1 主要藥品和試劑86-87
• 4.3.2 合成與表征87-94
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)儀器與方法94
• 4.3.4 量子化學(xué)計(jì)算方法94-95
• 4.3.5 染料敏化電池器件制備95
• 4.3.6 染料敏化電池器件測(cè)試95
• 4.4 結(jié)果與討論95-104
• 4.4.1 材料合成95-96
• 4.4.2 結(jié)構(gòu)表征96-97
• 4.4.3 光物理性質(zhì)研究97-98
• 4.4.4 電化學(xué)研究98-100
• 4.4.5 量子化學(xué)研究100-102
• 4.4.6 染料敏化太陽(yáng)能電池應(yīng)用102-104
• 4.5 本章小結(jié)104-105
• 4.6 參考文獻(xiàn)105-106
• 第五章 對(duì)稱萘酰亞胺功能化卟啉染料的合成及性質(zhì)研究106-133
• 5.1 引言106
• 5.2 設(shè)計(jì)思路106-107
• 5.3 實(shí)驗(yàn)部分107-115
• 5.3.1 主要藥品和試劑107-108
• 5.3.2 合成與表征108-114
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)儀器與方法114-115
• 5.4 結(jié)果與討論115-130
• 5.4.1 合成討論115-116
• 5.4.2 醚橋連接對(duì)稱卟啉結(jié)構(gòu)表征116-118
• 5.4.3 炔橋連接對(duì)稱卟啉結(jié)構(gòu)表征118-121
• 5.4.4 醚橋連接對(duì)稱卟啉光物理研究121-123
• 5.4.5 醚橋連接對(duì)稱卟啉能量轉(zhuǎn)移研究123-125
• 5.4.6 炔橋連接對(duì)稱卟啉光物理研究125-128
• 5.4.7 炔橋連接對(duì)稱卟啉能量轉(zhuǎn)移研究128-130
• 5.5 本章小結(jié)130-131
• 5.6 參考文獻(xiàn)131-133
• 第六章 非對(duì)稱萘酰亞胺功能化卟啉染料的合成及光催化應(yīng)用133-149
• 6.1 引言133-134
• 6.2 設(shè)計(jì)思路134-135
• 6.3 實(shí)驗(yàn)部分135-139
• 6.3.1 主要藥品和試劑135
• 6.3.2 合成表征135-138
• 6.3.3 卟啉-Ti O2復(fù)合催化劑制備138-139
• 6.3.4 實(shí)驗(yàn)儀器與方法139
• 6.4 結(jié)果與討論139-147
• 6.4.1 合成與討論139-140
• 6.4.2 結(jié)構(gòu)表征140-143
• 6.4.3 光物理性質(zhì)研究143-144
• 6.4.4 復(fù)合材料表征144-146
• 6.4.5 光催化降解甲基橙研究146-147
• 6.5 本章小結(jié)147-148
• 6.6 參考文獻(xiàn)148-149
• 第七章 總結(jié)與展望149-152
• 附錄1 部分化合物的核磁和質(zhì)譜圖152-178
• 附錄2 攻讀博士學(xué)位期間撰寫的論文178-180
• 附錄3 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目180-181
• 致謝181

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本文編號(hào)：380200