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中位烷基链和 π 桥对卟啉效率的影响

中位烷基链和 π 桥对卟啉效率的影响. 汇报人：陆福泰 指导老师：冯亚青 教授 时间： 2013.7.9. 汇报内容. 1. 背景介绍 2. 国内外研究现状 3. 课题意义及研究内容 4. 进度安排 5. 目前已完成的工作. 1 ：研究背景介绍. 近二十年来，由于环境问题及能源问题，人们迫切需要寻找一种清洁可再生能源。太阳能是其中一种较合适的能源。

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中位烷基链和 π 桥对卟啉效率的影响

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Presentation Transcript

  1. 中位烷基链和π桥对卟啉效率的影响 汇报人：陆福泰 指导老师：冯亚青 教授 时间：2013.7.9

  2. 汇报内容 1.背景介绍 2.国内外研究现状 3.课题意义及研究内容 4.进度安排 5. 目前已完成的工作 .

  3. 1：研究背景介绍 近二十年来，由于环境问题及能源问题，人们迫切需要寻找一种清洁可再生能源。太阳能是其中一种较合适的能源。 太阳能电池主要经过：晶体硅太阳能电池-无机薄膜太阳能电池-有机太阳能电池。而染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells，简称DSSC)，因其制造过程简单，成本低廉，而受到了广泛的关注。

  4. 课题来源及意义 • 染料敏化太阳能电池(DSSC)的基本结构及工作原理 主要由五部分组成：导电玻璃、TiO2膜、电解质、染料敏化剂、对电极 • 染料分子(Dye)中电子由基态S0跃迁至激发态S* ； • 激发态电子被注入到半导体TiO2导带中，Dye由S* 转为氧化态S+； • 电子通过外电路流入到对电极； • 染料S+被电解质(Electrolyte)还原再生； • 氧化态的电解质在对电极接受电子被还原。 图1-1 DSSC工作原理示意图

  5. 卟啉 卟啉化合物作为染料敏化剂的优点 卟啉化合物作为染料敏化剂的优点 • 卟啉作为敏化染料的优点： • 良好的光、热以及化学稳定性 • 在可见光区有强烈的光谱效应， 有一个强吸收的Soret带，有中等强度的Q带吸收 • 周边易于修饰，容易引入羧基、磺酸基等锚定基团 • 高度共轭的大π体系 • 较高的摩尔吸光系数 卟吩和金属卟吩的结构

  6. 2、卟啉的国内外研究进展 国内外研究进展 η= 5.6% η=1.60% J. Phy. Chem. B, 2005: 15397~15409 J. Electro. Chem, 2002, 537: 31~38 η=7.1% η= 10.17% Chem. Commun., 47(2011), 8910–8912 J. Phy. Chem. C, 2007: 11760~11762

  7. η=11.9% η=8.8% Science , 2011 , 11 , 334 : 629-634 . Angew. Chem. Int. Ed. 2010 , 49 : 1 – 5 .

  8. 供电基团的影响 Dyes and Pigments 94 (2012) 143e149 η=2.09% η= 2.74% η=3.36% η=2.0% 结论：在供电基团上引入较长的烷氧基链可以增强供电效应，抑制染料集聚，加速染料再生，有效的阻止电子复合和加速电子注入，从而提高效率。 η=3.6% η=4.7% J. Mater. Chem. A, 2013, 1,3977

  9. 锚定基团和Π桥对效率的影响 η=5.6% η=4.0% η=4.0% η=2.4% η=3.7% 锚定基团上带有吸电性的氰基效果较好 π桥对卟啉的影响很大，适当的增加桥的共轭有利于提高效率，其中带炔苯基羧酸的效率较高。 η=6.79% η=6.91% η=1.86% J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15397-15409 Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, 11, 10270–10274

  10. 效率依次为2.5%，2.0%，0.78%，0.25% 结论： Π桥的长度也是影响的重要因素，短链桥基有利于电子更快的与TiO2进行转移。 Journal of Physical Chemistry C, 2009, 113(2):755–764.

  11. 3：课题意义及研究内容 课题意义 目前，卟啉敏化染料的主流方向是以卟啉为π桥，在其中位构建Ｄ－π－Ａ结构，以得到增强电子传输能力的目的。影响卟啉类染料光电转化效率的因素比较复杂，根据前人的研究结果，中位供电基团上引入较长的烷基链可以增强供电效应，抑制染料聚集，加速染料再生，有效的阻止电子复合和加速电子注入，从而提高效率。根据实验室曾师兄的实验结果，在β为引入锚定基团，容易受到烷基链的影响，从而吸附量会降低，影响光电效率，因此我们只在锚定基团的对位引入烷基长链，而在其他位置不引入烷基链，是希望不影响吸附量的情况下，尽可能地防止聚集 。 研究内容 根据以上对供电基团和锚定基团对卟啉效率的影响，我们设计了如下两类具有D-π-A结构的卟啉，中位上包含不同长度脂肪链的烷氧基和二胺基，作为供电主体，而桥基我们选用短链的炔酸，带氰基炔酸和炔苯基羧酸作为电子受体。

  12. 设计的分子 1：比较两种不同供电基团对效率的影响。 2：比较不同长度的烷基链对效率的影响。 3：比较不同桥基及不同锚定基团对效率的影响。

  13. 合成路线

  14. 4：实验进度安排 2013.05-2013.07 查阅相关文献，设计实验路 线，进行相关原料的合成。 2013.08-2013.12 进行对含氧基卟啉的合成探索，尝试打通路线。 2014.01-2014.08 进行对含氨基卟啉的合成探索，尝试打通路线。 2014.09-2014.12 积累原料。 2015.01-2015.03 对以上得到的卟啉染料进行测试。 2015.03-2015.06 查漏补缺，撰写论文，准备答辩

  15. 5：目前已完成的工作 目前已合成了对甲氧基卟啉及溴化产物，对二甲胺基卟啉和溴化产物，及对乙酰氧基卟啉和溴化产物，并对其作了核磁和质谱表征。 1：对甲氧基卟啉及溴化产物

  16. 对二甲胺基卟啉及溴化产物

  17. 对乙酰氧基卟啉及溴化产物

  18. 谢谢大家！

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