新型含钌光敏剂的合成及其性质研究开题报告

1. 研究目的与意义

由于全球资源的紧张化，太阳能的开发与利用已经成为目前的研究热点之一。而光吸收材料正是组成太阳能电池的关键，它将直接决定光电转化效率以及电池的使用寿命。二联吡啶钌配合物染料"n3"和三联吡啶钌配合物染料"黑染料"。"n3"在400-800nm范围内ipce都很高,而"黑染料"更是拓展到920nm。

在众多金属配合物中，钌金属配合物具有良好的光热稳定性，较短的三线态寿命，较高的磷光量子产率以及可逆的电化学行为等特点，非常适合作为发光材料。其发光颜色为橙红-红色发光，因此，常用来制备三基色中的红色器件。通过改变配体或对配体进行装饰接入不同类型的官能团，都可以得到各种性质良好的钌金属配合物，从而满足其作为发光材料制备oled期间的需要。

在大量的eci试剂中，联吡啶钌由于其较好的化学稳定性极其优异的电化学性能，而得到了深入的研究和广泛的应用。尽管钌配合物有很多优点，但人们也观察到它在碱性环境中有很强的背景发光，不利于其应用，关于其详细的机理还没有很好的解释，很多人认为这与强碱溶液中高能中间体自由基的形成有关，近几年，人们为寻求更优异的ecl性能物质，合成了多种联吡啶钌衍生物，如将配合物中一个联吡啶或多个联吡啶用邻菲罗啉替换可观测到更高的量子效率，含卤素取代邻菲罗啉的联吡啶钌衍生物也被发现，但未能展开其ecl方面性能的研究。合成了2个含咪唑环的邻菲罗啉类两亲性钌联吡啶配合物（ru-1和ru-2）.通过紫外可见吸收光谱、发射光谱、核磁共振氢谱及元素分析对其结构进行了表征.研究了该配合物作为光敏化剂制备的纳米晶太阳能电池的光电转化性质.结果表明：烷氧基供电子基的引入改善了配合物的金属到配体的电荷转移跃迁（mlct）吸收,其作为敏化剂制备的电池的光电转化性质明显提高.通过设计新型含钌配合物来获得光捕获能力更强的材料，同时钌的引入也将改善配合物的热稳定性。 以2,2'-联吡啶化合物作为配体,金属钌(Ⅱ)作为受体原子,合成了两种具有不同共轭体系的联吡啶钌(Ⅱ)光敏配合物;并利用红外光谱(ir)和核磁共振氢谱(1 hnmr)对各中间产物和光敏配合物的结构进行了表征.研究了这两种光敏配合物电化学及光电性能:两者在可见光区的最大吸收波长分别为539 nm和566 nm;两者的带隙计算值分别为1.70 ev和1.55 ev;将两种光敏配合物应用于染料敏化太阳能电池(dsscs),在100 mw·cm-2(am1.5)模拟太阳光的照射下,光电转换效率分别达到8.79%和10.16%.因此新型的含钌光敏剂有可能将成为太阳能电池器件制备中作为穴空传导的光吸收材料来使用。

2. 研究内容和预期目标

1. 探索配位反应的机理

2. 合成联吡啶衍生物金属钌配合物

3. 分子结构表征，包括核磁，红外等，并进行分析

3. 研究的方法与步骤

1. 设计配体分子的结构， 并进行合成

2. 选择三氯化钌作为起始原料，与配体分子进行反应，制备得到金属钌配合物

3. 配置一定浓度的金属钌配合物溶液，进行紫外-可见光谱，荧光光谱等性质的测量

4. 参考文献

5. 计划与进度安排

(1)2022-2022-1学期17-20周~ 2022-2022-2学期第3周~第4周（2022-12-25~2022-3-23），查阅资料，金属钌配合物的基础知识。

(2) 第5周~第8周（2022-3-26~4-20），设计金属钌配合物制备的实验路线，购买所需要的原材料；

(3) 第9周~第13周（2022-4-23~5-25），进行有机合成反应，制备配合物；