新型三苯胺类敏化染料的分子设计与合成研究

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1、中图分类号：Ｏ６２１密级：公开ＵＤＣ：６６１学校代码：１００８２ＨＥＢＥＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤ丁ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文新型三苯胺类敏化染料的分子设计与合成研究论文作者：樊新召指导教师：赵瑞红教授副指导教师：李昆杰副教授申请学位类别：工学硕士学科、领域：化学工程与技术所在单位：化学与制药工程学院答辩日期：２０１８年５月ClassifiedIndex：O621SecrecyRate：PublicizedUDC：661UniversityCode：1

2、0082DissertationfortheMasterDegreeTheMolecularDesignandSynthesisofANovelTriphenylamineSensitizedDyeCandidate：FanXinZhaoSupervisor:Prof.ZhaoRuihongDeputySupervisor：VicProf.LiKunjieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyEmpl

3、oyer：CollegeofChemical&PharmaceuticalEngineeringDateofOralExamination:May,2018摘要摘要近几年来随着全球工业的高速发展，对能源的需求也越来越大，而且大量温室气体的排放严重影响了生态平衡的可持续发展。发展利用可再生能源成为解决能源危机和维持生态平衡可持续发展的重要途径，太阳能作为可再生能源具有经济、环保、可持续发展等方面的优点，因此越来越多的人把研究方向转向太阳能。性能优良的敏化染料对提高光电转换效率至关重要，其中三苯胺因独特的空间结构，使得以三苯胺为电子供体的

4、一类有机染料在染料敏化太阳能电池上得到了广泛的关注。随着科学技术的不断发展，化学计算方法和高性能计算平台取得了很大的进步，已经应用到分子结构及性能研究中，这使得研发时间大幅缩短，避免了实验资源的浪费。本文设计了两类敏化染料分子，第一类是在原始构型为D-π-A型的三苯胺类敏化染料B1的基础上引入不同的额外受体构成D-A-π-A型敏化染料分子；第二类是在以苯并恶二唑为额外受体的D-A-π-A型敏化染料分子中供电子基团的三苯胺支链上引入不同的基团构成新的染料分子。设计的分子都利用密度泛函理论对染料分子进行结构优化、电荷分布、能级等计算，研究

5、不同额外受体和三苯胺支链对敏化染料结构及性能的影响。计算研究表明设计的11种染料均能保持稳定的空间结构，在可见光区甚至红外光区都有良好的吸收范围，均具有较窄的带隙。比较HOMO和LUMO能级的电荷分布可知，这些染料都可以发生分子内电荷转移。同时由于HOHO能级均低于氧化-/I-还原电解质I3的氧化还原电位，LUMO能级均高于TiO2的导带能级，因此保证了染料电子的有效转移和染料重生。通过对计算结果的综合分析，得出两类敏化染料的性能排序为DPP>BTD>BOD>PDP>Qu>BTZ>B1和DyeE>DyeB>DyeC>DyeA>DyeD

6、>B1-BOD。根据计算研究的结果选取了性能较好的B1-BOD和DyeE为合成对象，以苯并＇＇二唑-4-甲醛，三苯胺硼酸，4-硼酸-4,4二甲氧基三苯胺、氰基乙酸为主要原料，通过溴代反应，Suzuki偶合反应，Knoevenagel缩合反应对其进行了合成，对中间产物和目标产物进行1HNMR、13CNMR、MS及IR检测验证，结果表明合成了目标产物。对B1-BOD和DyeE进行了光学测试、电化学测试及光伏性能测试，结果显示两种染料染料有较宽的吸收光谱范围，分别为200-652.5nm、200-700nm；两种染料的HOMO和LUMO能级

7、与二氧化钛和电解液的能级相匹配，符合作为敏化剂所必要的条件；并利用量子化学计算了染料的电子跃迁参数，进一步从理论上说明了两种染料的性能良好。I河北科技大学硕士学位论文关键词敏化染料太阳能电池；有机染料；三苯胺；密度泛函理论；D-A-π-A型；D-π-A型IIAbstractAbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofglobalindustry,thedemandforenergyhasbeenincreasing,andtheemissionoflargequantitiesofgr

8、eenhousegasesleadtoseriousimpactonthesustainabledevelopmentofecologicalbalance.Developmentofrenewableenergybec