新型有机光敏染料的分子设计及第一性原理计算研究

摘要

本论文设计了N-己基咔唑类和双三苯胺类有机光敏染料，两大类共10种分子。采用第一性原理计算先对染料分子进行了结构优化，然后在优化分子结构的基础上，采用自然键轨道理论研究电荷分布和分子前沿轨道，与已报道的染料比较，来判断所设计染料的性能优劣。结果表明，所设计的10种染料分子都具有立体空间的几何构型。苯并噻二唑上的甲基或者己基支链和双三苯胺类光敏染料中三苯胺都可以提高分子的非平面性。在太阳光照射下，所有染料的电子都可以从电子供体基团转移到电子受体基团，并且染料的最低未占轨道都满足电子从染料向TiO2导带转移的能级要求。此外，4种N-己基咔唑类光敏染料的HOMO能级满足I-/I3-氧化还原电对的还原电位的能级要求，而双三苯胺类光敏染料则不满足该体系，需要其它能与之匹配的氧化还原电对。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 太阳能电池的分类

1．3 染料敏化太阳能电池的研究现状

1．3．1 染料敏化太阳能电池原理及分类

1．3．2 三苯胺类光敏染料的研究进展

1．4 研究目的及研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

第2章 计算原理简介

2．1 第一性原理计算简介

2．1．1 第一性原理计算

2．1．2 计算软件简介

2．2 纯有机染料分子设计的理论依据

2．3 计算策略

2．4 本章小结

第3章 N-己基咔唑类光敏染料

3．1 计算部分

3．1．1 分子设计

3．1．2 计算方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 结构优化

3．2．2 电荷分布

3．2．3 能级分析

3．3 本章小结

第4章 三苯胺类光敏染料

4．1 计算部分

4．1．1 分子设计

4．1．2 计算方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 结构优化

4．2．2 电荷分布

4．2．3 能级分析

4．3 本章小结

第5章 分子设计染料与实际合成染料的对比研究

5．1 计算部分

5．1．1 分子结构

5．1．2 计算方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 结构优化

5．2．2 电荷分布

5．2．3 能级分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢