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《昆明理工大学》 2015年
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新型钌染料敏化剂的设计合成及其自组装技术研究

杨丽  
【摘要】:钌配合物因其独特的化学稳定性、氧化还原性和良好的激发态反应活性已成为染料敏化太阳电池首选的高效敏化剂。经钌配合物修饰的电极材料具有良好的光电性能及稳定性,可广泛应用于光电池研究领域。本文以合成的两类新型钌染料敏化剂Ru-Py2和Ru-Py4,在ITO和HOPG电极表面自组装钌配合物单分子膜;结合石墨烯的特性,在钌配合物单分子膜的基础上,提出了基于钌配合物/石墨烯复合膜的层层自组装新技术,深入研究复合方式对膜性能的影响,取得了一些有意义的结果,具体如下:设计合成两种新型钌染料敏化剂Ru-Py2和Ru-Py4。对合成钌配合物各阶段产物进行'H-NMR和MS检测以明确所得产物的结构和纯度。目标钌配合物的TG分析表明Ru-Py2和Ru-Py4热稳定性高,满足太阳电池对敏化剂的热稳性要求。Ru-Py2和Ru-Py4吸附性检测结果表明磷酸酯基使得Ru-Py2可以吸附到ITO电极上,芘基使得Ru-Py2和Ru-Py4可以吸附到HOPG表面。采用CV和UV法跟踪钌配合物分子在不同基底上的生长过程,发现经Ru-Py2修饰的ITO电极的表面覆盖度与浸渍时间满足Langmuir方程式;Ru-Py2修饰ITO电极的最佳组装时间为3小时,饱和时的表面覆盖度为2.83×10-11mol/cm2;Ru-Py2、 Ru-Py4修饰HOPG电极的最佳组装时间均为6小时,饱和时的表面覆盖度分别为1.95×10-11mol/cm2和3.60×10-11mol/cm2。Ru-Py2从ITO和HOPG表面脱附、Ru-Py4从HOPG表面脱附的解吸常数分别为6.82×10-7 s-1,1.71×1 0-6 s-1和2.17×10-6s-1,说明经Ru-Py2和Ru-Py4修饰的电极均表现出优异的吸附稳定性。系统研究了不同表面活性剂对石墨烯的分散能力。当SDS的浓度为2mg/mL时得到的两种石墨烯G分散液和GF分散液的浓度分别为0.39mg/mL和0.3mg/mL,两种石墨烯分散液静置一个月后仍可保持均一、稳定状态。对两种石墨烯分散液和成膜工艺(浸渍法、旋涂法)制备的石墨烯膜性能进行研究,确定最佳石墨烯成膜工艺。在钌配合物单分子膜的基础上引入石墨烯膜,进行钌配合物/石墨烯复合膜的层层自组装研究。深入探索了不同复合方式对膜性能的影响,将Ru-Py2与Ru-Py4复合得到的膜材料电化学性能高于单一的膜材料;石墨烯膜与Ru-Py2/Ru-Py4复合后π→π*和MLCT的吸收谱带均发生红移及增色现象,且随着石墨烯层的增加,红移和增色程度增加。通过比较得出Ru-Py2/(G/Ru-Py4)n复合膜同时具备了Ru-Py2、Ru-Py4和石墨烯的性能,使得该复合膜在光、电化学性能和稳定性方面均表现出优异的性能。综上,论文设计合成了两类新型钌配合物,并以1H-NMR、MS和TG表征目标钌配合物的结构、纯度和热稳定性。探索了石墨烯膜的制备方法,确定最佳的石墨烯成膜工艺。在钌配合物单分子膜和石墨烯膜的基础上,进行钌配合物/石墨烯膜的层层自组装,深入研究了复合方式对膜性能的影响,提出了基于钌配合物/石墨烯复合膜的层层自组装新技术。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB33;TM914.4

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【参考文献】
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