上转换固态材料制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

能量上转换，简单地说，就是由敏化剂(sensitizer)吸收波长较长的低能量光，经过一定的能量传递,经受体(acceptor)发出波长较短的高能量光的过程。例如，影响染料敏化太阳能电池性能的主要障碍之一就是不能对太阳的光谱进行全部吸收，特别是低能量的光，此时，我们就可以通过上转换使一些长波长的光变为短波长的光，进而提高太阳能电池的效率。能量上转换近些年来引起了人们的广泛关注，具有许多方面的潜在应用，包括光伏技术、光合成、光催化和生物成像等。

目前，主要有以下几种方法可以实现上转换，即双光子吸收上转换、稀土材料上转换和基于三线态-三线态湮灭(triplet-triplet annihilation，tta)的上转换。双光子吸收上转换和稀土材料上转换技术存在诸多缺陷,对于双光子吸收上转换，要求光的强度达到 mw/cm^-2，而地球表面太阳光的强度大约为0.1 w/cm^-2，远远高于太阳光在地表的辐射能量，而且很难调整双光子吸收染料的结构，使之发生上转换时既能发出特定波长的光。最近，对于稀土上转换材料的研究进展很快，该类上转换材料采用近红外980 nm光激发，通过掺杂不同的稀土离子可以得到不同波长的上转换发射， 在细胞及生物成像方面应用很广。但是这些材料通常吸收较弱，导致总的上转换效率较低。可见，上述两种方法有着缺陷。三线态-三线态湮灭( tta) 的能量上转换tta 上转换具有以上两种上转换过程不具备的优点。例如，由于其具有激发光不需要是相干光，强度低，即激发光强度要求很低，只有大约几 mw/cm^-2， 因此可以使用太阳光作为激发源。而且只要通过改变 tta 过程中不同的敏化剂和受体，就能改变 tta 上转换的激发光和发射光的波长等。因此，对于光伏技术、光催化和其他很多光物理与光化学过程，tta上转换具有非常好的应用前景。

值得指出的是,目前，报道的tta-uc材料大多为溶液态，然而，由于空气中的氧能猝灭光敏剂与发光剂的三线态，因而tta-uc过程必须在无氧条件下进行，这使得实际应用中受到限制。

2. 研究内容和预期目标

2.1、研究内容

（1）化合物制备与表征：制备一种新型的金属酞菁（pd₃pc₄），并对其结构进行质谱、核磁和元素分析；

（2）上转换溶液配置：将自制的pd₃pc₄作为高效敏化剂，罗丹明b为发光剂，选择合适的溶剂，配置成红-转-黄上转换溶液；

3. 研究的方法与步骤

3.1、三明治型金属酞菁钯（pd₃pc₄）的制备：

称取邻苯二甲腈1.01 g (8 mmol)，量取38 ml正戊醇加入到三颈瓶中，搅拌条件下加热到一定温度至其全部溶解。稍后精确取0.29 g (1 mmol)乙酰丙酮钯加入到反应体系中，最后加入一定量的催化剂dbu。回流温度，反应约为一天，n₂氛围下。最终反应体系变为蓝黑色。点板追踪得邻苯二甲腈与乙酰丙酮钯完全反应。正戊醇的去除采用减压蒸馏除法，粗产物柱层析分离提纯，流动相为chcl₃：hexane=5：1(v/v)。收集产物，重结晶后得到蓝黑色固体粉末 (pdpc₂) 0.6 g，产率约52%。

3.2、pdms的制备：

4. 参考文献

[1] p. duan, n. kimizuka, et al. j. am. chem. soc. 2015, 137, 1887.

[2] c. ye, x. wang, et al. j. mater. chem. c. 2014, 2, 8507.

5. 计划与进度安排

1、2022-03-01~2022-03-10：查阅文献，了解课题背景，完成开题报告。

2、2022-03-11~2022-03-14：开展初步实验，准备实验器材。

3、2022-03-15~2022-03-24：合成双层三明治钛菁（pd₃pc₄）。