论文部分内容阅读
过渡金属配合物具有优良的发光性能，其在光催化、发光二极管、染料敏化太阳能电池中的应用引起了人们广泛的研究兴趣。尤其，铜（I）的配合物用于染料敏化太阳能电池而成为研究热点之一。本文利用铜（I）盐与有机膦、吡啶类配体反应合成了15个铜（I）的配合物[Cu2(pmb)(PPh3)4](BF4)2(1)、{[Cu2(pmb)(CH3CN)2(PPh3)2](ClO4)2}?{[Cu2(pmb)(CH3CN)2(PPh3)2](ClO4)2}(2)、[Cu2(pmbb)(CH3CN)2(PPh3)2](BF4)2?2DMF(3)、[Cu2(pmbb)(CH3CN)2(PPh3)2](ClO4)2?2DMF(4)、[Cu2(pmb)(PPh3)2(Cl)2](5)、[Cu2(pmbb)(PPh3)2(Cl)2](6)、[Cu2(pfan)2(4,4’-bipy)(PPh3)2](BF4)2(7)、[Cu2(4,4’-bipy)(2,2’-bipy)2(PPh3)2](BF4)2(8)、[Cu2(bpe)(2,2’-bipy)2(PPh3)2](BF4)2(9)、[Cu2(bpe)(phen)(PPh3)2](BF4)2(10)、[Cu2(bpe)(pfan)2(PPh3)2](BF4)2(11)、[Cu2(pmb)(dppe)2](BF4)2(12)、[Cu2(pmb)(dppp)2](BF4)2(13)、[Cu2(pmb)(pba)2](BF4)2(14)和[Cu2(pmbb)(pba)2](BF4)2(15)，并通过红外、氢谱、碳谱、磷谱、氟谱、硼谱、紫外光谱、荧光光谱、热重和X-射线单晶结构进行表征和分析，以及密度泛函理论计算了配合物的电子结构。此外，本文计算了配合物12和13作为染料在TiO2（101）面上的敏化机理，并将配合物12-15用于染料敏化太阳能电池研究中。 配合物1-6的计算和实验研究表明阴离子对铜（I）配合物的热稳定性有影响：其热稳定性强弱依次为BF4->Cl->ClO4-。配合物7-11的实验研究表明染料的堆积作用容易导致吸光度降低，引起荧光和磷光强度减弱，影响到配合物的量子产率：螯合配体刚性、共轭性越大，越有利于堆积，其顺序为：phen>2,2’-bipy>pfan；桥连配体刚性越大，尺寸越小，越有利于堆积，其顺序为：4,4’-bipy>bpe。配合物12-15的计算和实验研究表明有机膦配体的尺寸增加、刚性增强引起HOMO能量的变化，使其稳定性增强，非辐射跃迁减少，寿命增加和量子产率提高；吡啶类配体的尺寸增加、刚性减弱引起 LUMO能量的变化，从而影响到配合物的辐射跃迁、寿命和量子产率。其中，有机膦配体刚性依次为pba>dppe>dppp>PPh3；吡啶类配体的刚性大小依次为pmb>pmbb。 配合物12和13在TiO2（101）面上的敏化机理表明Cu（I）基染料在TiO2上吸附不稳定；染料在TiO2（101）吸附前后，其HOMO和LUMO组成不变；染料的LUMO轨道略大于TiO2的LUMO，利于电子在光的激发态下注入导体TiO2。 配合物12-15在染料敏化太阳能电池中研究表明：随着有机膦配体的尺寸增加和刚性增大，非辐射跃迁减少，寿命增加，相对量子产率提高，光电转化率随之增加（η12>η14>η13>η15）；随着吡啶类配体尺寸增加，辐射跃迁减少，寿命缩短，相对量子产率降低，光电转化率随之减少（η12>η13、η14>η15）。