双酚类染料修饰的钛氧簇的合成及光电性质

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钛氧材料在光电转化、光催化以及光降解等方面都有较为广泛的应用。钛氧簇是一种类似于TiO2却拥有离散结构的分子化合物,是水热合成TiO2纳米材料过程中水解得到的中间产物,其明确的结构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科学家的关注。有机成分修饰的钛氧簇由于其优良的光致发光、光电转换和光催化性能,其研究具有重要意义。虽然已经得到一些染料分子配位修饰的钛氧簇合物,但是对于这类钛氧簇特别是多配体钛氧簇体系的研究还很有限,还有待于进一步探索。本论文工作使用操作简便的溶剂热合成法,并选用有机二酚染料功能有机配体,合成新型有机-无机杂化钛氧簇。以所合成的钛氧簇作为染料敏化太阳能电池的模型化合物,研究其结构、电荷转移及光电性质,并首次对多配体体系的协同效应进行了深入探讨。论文主要包括以下内容:(1)本文首先对钛氧簇结构近期的发展概况进行了简单的介绍;然后对钛氧簇合物在光电转化、光致发光、光催化、光降解等方面的应用进行了概述。(2)用溶剂热法,合成了一系列茜素和辅助配体共配位修饰的钛氧簇[Ti2(OiPr)5(Az)(X-BA)][AZ=茜素,BA=取代的苯甲酸,X=NO2(1),F(2)和Br(3)]。将得到的化合物作为一种新型光敏染料涂覆在TiO2电极上,测试了它们在I2/I3-电解液中的光电响应性能。实验结果表明,染料修饰钛氧簇后,由于染料与Ti(IV)之间的电荷转移,使化合物的光吸收转移到更低的能带;簇合物烷氧基部分的水解提高了染料分子在TiO2表面的锚固性能,并因此增加了光电流的密度;并首次研究了辅助性配体对光电流密度的影响,发现吸电子辅助配体有利于提高光电转换效率。(3)用溶剂热法,合成了4-甲基七叶亭染料与1,10-邻菲罗啉/2,2-联吡啶修饰的钛氧簇合物,[Ti10O8(OiPr)12(esc)4(phen)2](4)和[Ti10O8(OiPr)12(esc)4(bpy)2](5)(esc=4-甲基七叶亭,phen=1,10-邻菲罗啉,bpy=2,2-联吡啶)。并通过X射线单晶衍射分析了这一系列化合物的结构。UV-vis-NIR光谱测试结果表明,染料配体到钛氧骨架上的电荷转移增强了化合物对可见光的吸收;透射电镜分析表明在二氯甲烷溶液中簇合物分散为纳米厚度的薄片结构,化合物的溶液荧光性质与介质、浓度纳米颗粒形貌有关,发现增加醇与二氯甲烷的比例其荧光强度增强,而且化合物具有较好的光电响应性能。
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