具有光电活性的有机-无机杂化钛氧化合物的合成及性质研究

摘要

钛氧材料在光降解、光催化以及光电转化方面都有较为广泛的应用。染料敏化太阳能电池(DSSCs)因其在太阳光转化为电能方面的低成本和高效率，在过去几十年里得到极大的关注。目前，在太阳能电池制作材料的研究中，备受科学家们关注的便是二氧化钛纳米材料。对于二氧化钛纳米材料的开发与研究从某种程度上也推进了钛氧簇合物的研究与发展。钛氧簇合物可作为前驱体制备纳米二氧化钛，其明确的结构又为钛氧材料的深入研究提供了依据。因此，对于钛氧簇的合成方法、结构和性质的研究备受关注。本论文使用操作简便的溶剂热合成法，并选用功能有机配体，合成新型有机-无机杂化钛氧簇。以所合成的钛氧簇作为制备染料敏化太阳能电池的前驱体，研究其结构、电荷转移及光电特性。论文主要包括以下内容：
　　（1）本文首先对钛氧簇合物领域的近期发展概况及应用进行了简单的介绍；然后对钛氧簇合物在染料敏化太阳能电池、光催化、光电转化等方面的应用进行了概述。
　　（2）通过溶剂热法，合成了新型的染料配位的钛氧醇盐[Ti4(OiPr)8(PAR)4]·H2O(1)。以得到的化合物1作为一种新型光敏染料涂覆在TiO2电极上，在I2/I3-电解液电池中测试其光电响应性能。一系列的对比实验结果表明，这种新的钛氧敏化染料电极的光电响应性能得到了明显的增强。其原因主要是由于钛醇盐水解后，染料分子均匀分散并规整地固定在半导体表面。这项工作为探究DSSC的染料敏化剂开创了一个新的视角。
　　（3）通过溶剂热方法，合成了过渡金属掺杂的钛氧簇合物，[Ti6O4(OiPr)10(cat)2(benz)2](2),[Ti12O12(OEt)22(cat)2(benz)4M2](M= Co, Mn, Ni,3-5)。利用X射线单晶衍射分析得到这一系列化合物的结构。将晶体作为前驱体，使用简单的涂层方法制备有机无机杂化薄膜电极。所得到的钛氧杂化膜呈现出独特的微观形貌。将制备好的介孔TiO2膜浸泡在晶体溶液中，经过光电性能测试，得到较好的光电响应，并发现Co掺杂的钛氧簇有利于改良电极的光电性能，说明在光电方面有潜在的应用价值。
　　（4）通过溶剂热合成法合成了两种新型的有机功能配体修饰的钛氧簇合物，[Ti10O10(OiPr)12(cat)4(phen/bpy)2](6,7)。结构测定首次发现2,2’-联吡啶/1,10-菲啰啉、邻苯二酚直接与Ti(IV)配位，修饰在钛氧簇外层。关于这系列化合物的光电性质我们将继续探索。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 钛氧簇结构的研究进展

1.3 钛氧簇的性质及应用

1.4 本课题的选题意义及内容

参考文献

第二章 一种可用于染料敏化太阳能电池的染料分子配位的钛氧醇盐新染料

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

参考文献

第三章 过渡金属掺杂钛氧簇合物的合成及性质研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 含1,10-菲啰啉 /2,2’-联吡啶、邻苯二酚修饰的钛氧簇合物的合成

4.1 前言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

第五章 全文总结

5.1 全文总结

5.2 对未来工作的设想

硕士期间发表的论文

致谢