新型有机染料在染料敏化太阳能电池和离子荧光识别中的应用

【摘要】：本论文的工作分为两个研究方向,一为染料敏化太阳能电池染料敏化剂的合成与应用；二为有机荧光探针的合成与应用研究。 (1)染料敏化太阳能电池由于其制备工艺简单,成本低廉,已成为近年来太阳能电池领域的研究热点。目前普遍使用的染料敏化剂多为吡啶钌化合物,但是存在原料成本高,合成及提纯困难等缺点；纯有机染料敏化剂种类多,结构易于调整,原料价格相对低廉,将有望提高电池的效率以及降低电池的成本。 该课题设计合成了一种以咪唑啉结构单元为电子供体的新型染料敏化太阳能电池敏化剂,开辟了一类新型的纯有机染料敏化剂方向。本文探讨了咪唑啉染料敏化剂的结构、光谱性能与光伏性质。研究发现,该化合物能够发生有效的分子内电荷转移,且其轨道能级可以很好地与电解质液中氧化还原电对的氧化还原电势与纳米晶半导体导带能级相匹配,其光电转换效率为3.65%； (2)通过研究发现,次氯酸根离子及硫化氢其在生物体内均起到非常重要的作用,然而现有这两种离子的检测方法难以达到兼备高选择性、高灵敏度、低检测限等特性,且很难用于活体细胞检测。亟需性能优良且可用活体于细胞检测次氯酸根离子和硫化氢的荧光探针 因此课题一方面设计合成了以硫代方酸为母体的新型次氯酸根荧光探针。这是首次将硫代方酸化合物运用于离子探针。其合成与后处理都采用了十分简便的方法,且对于次氯酸根具有高度的选择性、良好的线性测试范围、较低的检测限(26nM)以及长波长等特点。然后运用光谱及高效液相色谱,我们探究了探针对次氯酸根离子的响应机理,发现探针被次氯酸根离子氧化后转化为其方酸前体化合物。 另一方面,本文设计合成了以芘为母体结构的新型硫化氢荧光探针。本文首次以芘衍生物作为硫化氢荧光探针,其合成与后处理也十分简便。由于硫化氢在体内的存在形式为硫氢根离子(HS-),因此实际检测中我们采用硫氢根作为检测对象。结果表示,探针对于硫氢根具有高度的选择性、良好的线性范围和较低的检测限(0.42μM)。鉴于该探针优良的水溶性,其有望应用于活体细胞中。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 敏化剂 咪唑啉 方酸 荧光探针
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O657.3;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一部分9-31
• 1 染料敏化太阳能电池9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理9-11
• 1.3 描述DSSC性能的光伏参数11-14
• 1.3.1 光电转换效率12
• 1.3.2 开路光电压12
• 1.3.3 短路光电流12-13
• 1.3.4 填充因子13
• 1.3.5 光电流/压曲线13
• 1.3.6 光电能量转换效率13-14
• 1.4 染料敏化剂14-22
• 1.4.1 多吡啶钉配合物染料敏化剂14-15
• 1.4.2 有机非金属染料敏化剂15-22
• 2 咪唑啉衍生物染料敏化剂22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-26
• 2.2.1 实验仪器与试剂22-23
• 2.2.2 化合物的合成与表征23-26
• 2.2.3 染料敏化纳晶TiO_2电极的制备26
• 2.3 结果与讨论26-30
• 2.3.1 光物理和电化学性质26-28
• 2.3.2 密度泛函理论计算28-29
• 2.3.3 光伏特性29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第二部分31-56
• 1 荧光分子探针31-38
• 1.1 引言31
• 1.2 荧光分子探针识别原理31-35
• 1.2.1 光诱导电子转移32
• 1.2.2 分子内电荷转移32-33
• 1.2.3 荧光共振能量转移33-34
• 1.2.4 激基缔合物34
• 1.2.5 激发态分子内质子转移机理34-35
• 1.3 次氯酸根的重要生理意义及其研究进展35
• 1.4 次氯酸根荧光分子探针的发展35-38
• 2 基于方酸衍生物次氯酸根荧光探针38-48
• 2.1 引言38
• 2.2 实验部分38-41
• 2.2.1 实验仪器与试剂38-40
• 2.2.2 化合物的合成与表征40-41
• 2.3 结果与讨论41-46
• 2.3.1 探针光谱性质的测定41-42
• 2.3.2 探针选择性研究42-44
• 2.3.3 探针对次氯酸根的识别44-46
• 2.4 探针识别机理研究46-47
• 2.5 本章小结47-48
• 3 基于芘衍生物硫化氢荧光探针48-56
• 3.1 引言48
• 3.2 实验部分48-51
• 3.2.1 实验仪器与试剂48-50
• 3.2.2 化合物的合成与表征50-51
• 3.3 结果与讨论51-55
• 3.3.1 探针光谱性质的测定51-52
• 3.3.2 探针选择性研究52-53
• 3.3.3 探针对硫氢根的识别53-55
• 3.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-66
• 附录66-70
• 攻读学位期间主要研究成果70-71
• 致谢71

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