太阳能电池用多联吡啶钌光敏剂
染料敏化太阳能电池用敏化剂
第23卷第2/3期2011年3月化 学 进 展PROGRESS IN CHEMISTRYVol.23No.2/3 Mar.,2011 收稿:2010年10月,收修改稿:2010年11月 ∗天津市自然科学基金项目(No.08JCZDJC16900)资助∗∗Corresponding author e⁃mail:lixianggao@染料敏化太阳能电池用敏化剂∗李祥高∗∗ 吕海军 王世荣 郭俊杰 李 靖(天津大学化工学院 天津300072)摘 要 染料敏化太阳能电池是太阳能电池的重要发展方向之一,染料敏化剂是影响电池光电转换效率的重要组分,也一直是太阳能电池材料的研究热点。
经过20多年的研究,现已开发的光敏染料主要有金属配合物染料和纯有机染料两大类。
本文依据染料结构特征,将金属配合物染料分为钌的多吡啶配合物、其它金属(如Os 、Pt )的多吡啶配合物、卟啉及酞菁类配合物分别加以讨论,对其光敏性能进行了详细评述。
纯有机染料结构主要遵循电子给体⁃π桥⁃电子受体的电子推拉体系(donor⁃π⁃acceptor ,D⁃π⁃A ),本文将其分为多烯类、香豆素类、咔唑类、吲哚类、芴类和三苯胺类染料分别阐述,详细讨论了各类有机染料结构和光电性能之间的关系。
关键词 太阳能电池 敏化染料 金属配合物染料 有机染料中图分类号:TM914.4;O614;O626 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2011)02/3⁃0569⁃20Sensitizers of Dye⁃Sensitized Solar CellsLi Xianggao ∗∗ LüHaijun Wang Shirong Guo Junjie Li Jing(School of Chemical Engineering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China)Abstract Dye⁃sensitized solar cells (DSSCs)are one of the main development trends of solar cells.Dyesensitizer,which greatly affects the photoelectronic efficiency of solar cells,is all along an important research focus in the field of cell materials.The sensitizers used in DSSC are mainly divided into two types:metal complex dye and organic dye according to research results during recent twenty years.On the basis of different structures,the metalcomplex sensitizers utilized in DSSC can be classified into polypyridyl complex sensitizers of ruthenium and other metal such as osmium and platinum,metal porphyrin and phthalocyanine sensitizers,and their photoelectric conversion properties are reviewed in anic dye sensitizers with general structure of “donor (D)⁃πconjugation bridge⁃acceptor (A)”are widely used in DSSC because of their high molar extinction coefficient and lowcost.The relations of photoelectric conversion properties with structures of organic dye sensitizers including oligoene dye,coumarin dye,carbazole dye,indoline dye,fluorene dye and triphenylamine dye are reviewed in detail.Key words dye⁃sensitized solar cells (DSSCs);dye sensitizers;metal complex dye;organic dyeContents1 Introduction2 Structure and operation principle of DSSC 3 Dye sensitizers 3.1 Metal complex dye3.2 Organic dye4 Conclusions1 引言染料敏化太阳能电池(dye⁃sensitized solar cells,DSSCs)作为重要的太阳能电池研究方向是1991年·570 ·化 学 进 展第23卷由Grätzel 教授等发明的[1],目前此类电池的光电转化效率可稳定在10%左右,电池制作工艺简单,无需昂贵的工业设备和高洁净度的厂房设施,成本仅为硅太阳能电池的1/5—1/10,所使用的纳米二氧化钛(TiO 2)半导体薄膜和电解质等材料安全、无毒。
钌配合物基太阳能电池光敏剂分子设计的最新研究进展
图 ３ 羧酸与半导体 ＴｉＯ２ 几种可能的键合模式 Ｆｉｇ．３ Ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｇｒｏｕｐｓ ｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＴｉＯ２
第８期
凡素华等： 钌配合物基太阳能电池光敏剂分子设计的最新研究进展
１２０９
２ 辅助配体中引进具有空穴传输功能 的基团
近年所报道的钌配合物光敏剂中， 具有羧酸基 团的钌配合物染料 是 ［３９，４１，４２］ 研究的热点。在 Ｒｕ!配合 物 Ｒｕ （Ｈ２ｄｃｂｐｙ）Ｌ（ＮＣＳ）２）中 ， Ｈ２ｄｃｂｐｙ 是 固 定 配 体 ， Ｌ 是辅助配体。虽然 Ｌ 配体没有与半导体直接键合， 但可以通过设计辅助配体来调节整个化合物的光物
Ｒｕ（ｄｓｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２ Ｒｕ（Ｈ２ＰＯ３）２（ＮＣＳ）２ Ｒｕ（Ｈ２ｄｏｂ）２（Ｈ２Ｏ）２ Ｒｕ（Ｈ２ｄｏｂ）２Ｃｌ２ Ｒｕ（ｂｐｙ）２（ｂｐｙ－ ＣＨ２ＣＯＯＬｉ）（ＰＦ６）２ Ｚ９０７
５２３（１．０） ４８４（０．７）
５６１ ５７６
４５６（１．８５）
５４３（１．２２）
Ｋ１９
５４３（１．８２）
面进一步改进， 提高光电转换的总效率。有关方面的 重要进展均反映在一些优秀的综述文章中［１￣６］。虽然 影响光电性能的因素很多， 但设计合成出合适的光 敏剂是最关键的因素之一。本文从固定配体的选择、 辅助配体中引进具有空穴传输功能的三苯胺或咔唑 基团和提高钌配合物染料摩尔消光系数 ３ 个方面来 描述一个有效的光敏剂所具有的最基本结构特征， 侧重评述新型光敏剂的最新研究进展。
三联吡啶钌发光原理
三联吡啶钌发光原理三联吡啶钌是一种发光材料，其发光原理主要是通过激发态的电子回到基态释放能量而产生的。
三联吡啶钌作为一种重要的发光材料，在生物标记、光电器件和光催化等领域有着广泛的应用。
下面将从其结构、发光原理和应用领域等方面进行详细介绍。
首先，三联吡啶钌的结构是由钌离子和三联吡啶配体组成的配合物，其结构稳定，能够在激发态下释放光。
在激发态下，钌离子的电子能级发生变化，电子从基态跃迁到激发态，形成激发态的电子。
在这个过程中，电子吸收了外界能量，处于一个不稳定的状态。
当激发态的电子回到基态时，会释放出能量，产生发光现象。
其次，三联吡啶钌发光的原理是通过荧光和磷光两种方式来实现的。
荧光是指激发态的电子在短暂的停留后回到基态释放能量，产生短暂的发光现象。
而磷光是指激发态的电子在停留的时间较长，能够在停留期间与周围的分子发生相互作用，产生长时间的发光现象。
这两种发光方式都是通过激发态的电子回到基态释放能量而实现的。
三联吡啶钌作为一种重要的发光材料，在生物标记、光电器件和光催化等领域有着广泛的应用。
在生物标记方面，三联吡啶钌可以作为荧光探针用于细胞成像和蛋白质检测等领域。
在光电器件方面，三联吡啶钌可以作为有机发光二极管（OLED）的发光层，用于制备高效的有机发光器件。
在光催化方面，三联吡啶钌可以作为光催化剂，用于光催化水分解和有机物的光催化反应等。
综上所述，三联吡啶钌发光原理是通过激发态的电子回到基态释放能量而实现的，其发光方式包括荧光和磷光两种方式。
三联吡啶钌作为一种重要的发光材料，在生物标记、光电器件和光催化等领域有着广泛的应用。
通过对三联吡啶钌的发光原理和应用领域的了解，我们可以更好地利用这一材料，推动其在各个领域的应用和发展。
金属有机类光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用
目前, 能源 短缺、环境 污染等 问题日 益突出。 太阳能作为一种新能源, 具有取之不尽, 用之不竭, 就地取材, 对环境友好等特点。太阳能电池直接把 太阳能转换成电能, 是开发利用太阳能最有效的方 法之一, 愈来愈受到广泛重视 [ 1] 。太阳能电池不仅 适用于居民家庭使用, 而且可以利用大电池组件建 设太阳能电站, 但由于该产业链最前端的多晶硅材 料成本居高不下, 使电池产品售价较高, 导致其发电 成本是传统 发电成本 的 10 倍, 制约了 发展。 1991 年, G r tze l等报道了一种新型太阳能电池, 它由吸附
Abstract: The dye- sensitizers of dye sensitized solar ce ll ( DSSC ) enjoy w ide spectral absorption band, w hich has decisive effect on the pho toelectric conversion efficiency ( ). In recen t years, the sensitizers have been invest igated w ide ly and rap id deve lopm ent has been ach ieved. In th is paper, the design and synthesis of d ifferent dyes ( porphyrin, ph thalocyan ine and the pure organic dyes, espec ially the ruthen i um po lypyridy l com plexes), their propert ies and effects on the DSSC are rev iew ed, and future develop m ent is also introduced. K ey w ord s: organic chem istry; so lar ce l;l m etal organic com plex; pho tosensitizer
新型钌联吡啶配合物光电性能研究进展
Ｒｕ ｂ ｙ ３ （ｐ ） 一
ｅ － Ｒ （ ｐ ）抖 氧 化 一－ ｕ ｂ ｙ３ － ￣
全 球 市 场 为 １ ０ 美 元 的光 电器 件 ， 有 在 ２ １ 达 到 ３ ０ ７亿 具 ０ ３年 １ 亿美元的发展潜力 。
Ｒｕ（ ｐ ） ‘ ｅ － Ｒｕ ｂ ｙ ３ ｂｙ３ ＋ ￣ （ ｐ ） 一还 原
・
的 吸 收 ， 时 还 要 具 有 高 的 摩 尔 消 光 系 数 以充 分 吸 收 太 阳 同 光 。而 达 到 这 些要 求 的 必 要 手 段 就 是增 大 配 合 物 的 共 轭 体 系 。钌 （ 具 有 电 子 空 穴 ， 吡 啶 有 电子 对 ， 者结 合 成 的 Ⅱ） 联 二 钉联 吡啶 化 合 物是 理想 的稳 定 共 轭 体 系 。此 外 ， 联 吡 啶配 钌
注 ： 。 ｊ 一
场 应 用 前 景 。２ 纪 ９ 年 代 以来 ， 界 光 电 子 产 业 和 光 电 ０世 ０ 世 应 用 正 在 以爆 炸 性 的速 度 增 长 。 光 纤 正 在 从 远 距 离 的 信 息 传 输 扩 展 到 局 域 网 甚 至 芯 片 到 芯 片 的应 用 ， 光 二 极 管 从 单 发 色 跨 越 到 整 个 彩 色 光 谱 ， 示 器 件 从 Ｃ Ｔ 逐 渐 向 超 薄 超 轻 显 Ｒ
机理 如下 ：
亿 美 元 增 长 到 １ ４亿美 元 ， 增 长 率 约 ９ ３ 。据 电子 Ｔ 程 ７ 年 ．
世 界 网 站 报 道 ， 球 光 电 市 场 正 强 劲 增 长 ， 来 越 多 的 应 用 全 越 设 计 正 在 使 用 这 些 光 致 发 光 和 光 电检 测 产 品 ， 而 导致 目前 从
要在 工 作 电 极 上 施 加 单 向 正 电 压 或 单 向 负 电 压 ， ｕ Ｒ
吡啶钌配合物光谱性质理论计算
吡啶钌配合物光谱性质理论计算2016-07-03 12:58来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部理论计算钌配合物的轨道电子云分布1991年, Gratzel等报道了染料敏化太阳能电池(DSSC)在AM1.5模拟日光照射下具有7.1%~7.9%的光电转换效率. 由于DSSC具有制备工艺简单、成本低廉及理论转换效率较高等优点, 已成为硅基太阳能电池的有力竞争者. DSSC主要由导电玻璃基片、纳米级多孔薄膜、染料光敏剂、电解质及对电极组成. 其中, 光敏染料是DSSC 的光捕获天线, 起着收集太阳光能量的作用. 光敏染料吸收太阳光并将激发态的电子转移到电子受体(TiO2导带), 同时产生的染料氧化态又能很快地从电解质中得到电子而被还原至基态. 因此, 光敏染料的性能直接影响DSSC的光电转换效率,是DSSC能够高效工作的重要因素之一. 为了获得理想的染料敏化剂, 人们已经开展了大量的研究.近20年来, 在已合成的数以千计的染料分子中, 联吡啶钌基配合物是最早被应用到DSSC领域, 并且是迄今为止效率最高、性能最好的一类光敏染料, 其具有良好的可见光谱响应特性、突出的氧化还原可逆性和非常高的化学稳定性.包括N3染料、N719染料和N749染料及其衍生物, 其中最高的转换效率接近12%. N749染料由于引入了三联吡啶配体, 使其吸收谱带扩展到近红外区920 nm处. 但是N749有3个硫氰酸盐配体(NCS), 一方面, 硫氰酸盐配体会影响染料分子稳定性,因为硫氰酸盐配体和金属Ru之间形成的配位键很弱, 导致光敏染料发生显著的分子分解行为. 另一方面, 含硫氰酸盐配体的光敏染料分解后产生的含氮产物会造成环境污染. 因此, 近年来, 人们尝试利用多齿配体代替硫氰酸盐配体, 合成了系列环金属联吡啶钌配合物, 但是这些染料在长波区 (λ= 800nm)的光吸收性质不理想. 最近, Li等合成了一系列Ru-N-杂环卡宾配合物染料,研究表明N-杂环卡宾-吡啶配体是一类特殊的给体基团,它具有独特的电子性质.哈尔滨理工大学化学与环境工程学院张桂玲等人以N749染料为母体, 保留三联吡啶配体 ( tcterpy)作为辅助配体, 利用两齿的N-杂环卡宾-吡啶配体(NHC-py)替代2个硫氰酸(NCS)配体设计了一系列同时含有三齿配体和两齿配体的染料分子1~4. 利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法对染料分子1~ 4及母体分子N749的几何结构、电子结构和光谱性质进行了系统的理论研究. 研究结果表明, 该系列分子具有良好的光吸收性能, 最低能吸收波长可达到800 nm, 吸收跃迁为MLCT/LLCT混合跃迁.。
联吡啶杂环化合物 解释说明以及概述
联吡啶杂环化合物解释说明以及概述1. 引言1.1 概述联吡啶杂环化合物是一类具有特殊结构的杂环化合物，由吡啶和其他杂原子组成。
它们在有机化学、药物研发和功能材料领域中具有广泛的应用潜力。
这些化合物不仅可以作为药物分子或合成前体，在药物研发中扮演着重要角色，还可以应用于电池、液晶显示器、光电器件等领域。
1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：引言、正文、解释说明联吡啶杂环化合物、概述联吡啶杂环化合物的应用领域和结论。
在引言部分，我们将介绍联吡啶杂环化合物的背景和意义，并提供文章的整体结构。
1.3 目的本文旨在深入探讨和概述联吡啶杂环化合物，包括其基本性质、结构特点和化学性质等方面。
同时，我们还将介绍其在药物研发和功能材料领域中的应用情况。
通过对该类化合物的全面了解，希望能够揭示其在科学研究和工业生产中的重要性，并为未来的研究方向提供一定的展望和建议。
2. 正文在本篇文章中，我们将详细介绍联吡啶杂环化合物的解释说明以及概述。
联吡啶杂环化合物是一类含有吡啶环和其他杂环元素的化合物。
它们具有丰富的结构特点和广泛的应用领域。
3. 解释说明联吡啶杂环化合物3.1 简介首先，让我们来简要介绍一下联吡啶杂环化合物。
这些化合物由一个或多个吡啶环与其他杂原子（如氮、氧、硫等）形成的杂环结构相连接而成。
联吡啶杂环化合物常常具有多样性的分子结构，如螺状、桥式、交替等，从而赋予其独特的性质和功能。
3.2 结构特点联吡啶杂环化合物的结构特点主要体现在其分子中含有一个或多个吡啶核心，并通过共轭作用与其他杂原子或官能团相连。
这种共轭结构使得联吡啶杂环化合物具有良好的电子传导性和稳定性。
此外，随着不同杂原子或官能团与吡啶核心连接方式的改变，联吡啶杂环化合物的性质也会发生巨大变化。
3.3 化学性质联吡啶杂环化合物具有多样的化学性质，这使得它们在许多领域中都具有广泛的应用。
首先，由于共轭结构的存在，联吡啶杂环化合物往往表现出良好的荧光性能和光学活性，可用于荧光探针、传感器等方面。
三联吡啶钌化学发光原理和特点
三联吡啶钌化学发光原理和特点化学发光的原理其实并不复杂，简单来说就是能量转移。
当三联吡啶钌吸收光的时候，它会激发到一个高能状态，然后快速释放能量，放出光子，形成我们看到的光。
这就像你在晚上点燃一根蜡烛，初时的烛光会比较弱，但一旦蜡烛燃烧稳定了，光就会变得明亮。
这种光可不是普通的光，它往往是非常纯净和明亮的。
这样的特性让三联吡啶钌在科学研究中大显身手，比如在生物标记、检测和分析中，简直就是如鱼得水。
说到特点，这家伙的优点可真不少。
它的发光效率高，光强度大，不像那些没啥分量的灯泡，随便一照就黯淡无光。
三联吡啶钌在溶液中的稳定性也很不错，抗氧化能力强，不容易被外界环境影响。
想象一下，你的手机电池经常没电，感觉真是心塞。
而三联吡啶钌就像是那个耐用的电池，能陪你很久，给你源源不断的光亮。
这种化学发光材料的应用领域非常广泛，能在医学诊断、环境监测等多个方面施展拳脚。
你知道吗，三联吡啶钌的颜色也很迷人，发出的光往往是蓝色或绿色的，宛如深海中的荧光生物，给人一种神秘而美丽的感觉。
很多科学家都喜欢用它来制作各种生物传感器。
想想看，能够通过发光来检测病菌，这样的科技感真是让人眼前一亮。
就像科幻电影里的情节，似乎随时都能把我们带到未来。
对于那些追求高效和准确的人来说，三联吡啶钌就像是他们的得力助手，让研究工作如虎添翼。
不过，光有优点可不够，三联吡啶钌也有一些小缺点，比如说成本相对较高，制备过程也有点复杂。
但说到底，正所谓“无功不受禄”，再好的东西都有它的代价。
就像你想吃好吃的火锅，总得花点钱一样。
在科研的道路上，有些时候，追求完美就是要付出更多的努力和金钱，这也算是个必经的过程。
三联吡啶钌化学发光原理不仅仅是个冷冰冰的科学名词，它背后蕴藏的故事让人忍不住想要深入了解。
这不仅是光的游戏，更是科学与美的结合。
在我们日常生活中，虽然可能看不到它的身影，但它的应用正悄然改变着我们的世界。
就像那句老话说的“水滴石穿”，只要不断探索，总会发掘出更多的奇妙。
染料敏化太阳能电池用钌系光敏化剂研究进展
染料敏化太阳能电池用钌系光敏化剂研究进展韩旭;李杰;晏彩先;常桥稳;刘伟平【摘要】钌系光敏化剂作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化剂组件中最重悹光敏化剂之惊,近年来受到国内外悁究人员的重视及悁究.其中,以羧酸联吡啶钌配合物为光敏化剂的DSSC器件表现出最好的综合性能.简悹介绍了钌系光敏剂的结构,以及其性能的主悹影响因素.按照各个光敏化剂的结构,分别阐述了固定配体(含羧基、磺酸基等)和辅助配体(二联吡啶衍生物等)对钌系光敏化剂综合性能的影响,同时给出了对应的各类光敏化剂最新悁究进展.【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】11页(P87-97)【关键词】染料敏化太阳能电池;联吡啶钌配合物;光电性能【作者】韩旭;李杰;晏彩先;常桥稳;刘伟平【作者单位】昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106;昆明贵金属研究所,昆明 650106【正文语种】中文【中图分类】TM914.4染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,简称DSSC)以其相对较低的生产成本、较简单的制备工艺以及制备过程无污染等优点在太阳能电池研究领域占据着重要地位，作为该类电池中核心组件之一的敏化染料也被越来越多的科研工作者所重视及研究。
现阶段，该类电池用光敏化剂主要有钌系光敏化剂、有机染料以及其他过渡金属染料等，其中钌系光敏化剂以其热稳定性高、化学稳定性好、光谱响应范围宽等优点被广泛研究与应用。
1985年，Esilvestro等人[1]把多联吡啶钌引入染料敏化太阳能电池，钌系光敏化剂开始进入人们的视线。
1991年，O'Regan等人[2]将联吡啶钌型光敏化剂吸附于10 μm厚的多孔TiO2纳米层上面，取得了巨大突破，制备的染料敏化太阳能电池的光电转化效率(IPCE)接近100%，同时，在AM 1.5模拟太阳光测试下，电流密度(Jsc)达到了12 mA∙cm-2，能量转换效率也超过了7%，染料敏化太阳能电池的发展迎来春天。
钌配合物基太阳能电池光敏剂分子设计的最新研究进展
的金 属 中心到配 体的 电荷 跃迁 、合适 的氧 化还原 电 势 、以及在 氧化 态和还原 态较好 的稳 定性 而成 为有
能光伏 电池可 以直接 将太 阳能转换 为 电能 ，为 能源
效 的光敏剂 。理想 的染 料应该 具备 下列 条件 ：１ 有 （１
一
的再生 提供 了直接 的和清洁 的途径『 ｌ ｌ 。
ｔａ ｓ ｏ ｔ ｕ ｃ ｉｎ ｉ ｈ ｎ ｌ ｍｉ ｅａ ｄ ｃ ｒ ａ ｏ ｅｇ ｏ ｐ ， ｎ ｎ ａ ｃ ｍｅ ｔ ｉ ｌｒｅ ｔ ｃ ｉ ｎｃ ｅ ｃｅ ｔ． ｒ ｎ ｐ ｒ ｆ ｎ ｔ ａ ｔ ｐ ｅ ｙａ ｎ ｎ ａ ｂ ｚ ｌ ｒ ｕ ｓ ａ ｄ ｅ ｈ ｎ ｅ ｎ ｓ ｎ ｍｏ ａ ｘ ｉ ｔ ｏ ｆ ｉｎ ｓ ｏｌ ｒ ｎ ｏ ｉ
钌 配合物 基太 阳能 电池 光敏 剂 分子 设计 的最 新研 究进 展
凡素华 王科 志
（ 北京 师范 大学化 学学院 ， 北京 １０ ７ ） ０ ８５
摘 要 ： 于钌 配 合 物 染 料 的 敏化 太 阳能 电池 与 传 统 的 硅 半导 体太 阳能 电池 相 比 ， 有 较 低 的 成 本 和 较 高 的 光 电转 换 效 率 ｆ％～ 基 具 ８
ｆ１ 足够 高的稳 定性 ，在光 照作 用下 可 以承受 １ｓ ４有 ０
次循 环而不 会分解 『 １ ３ １
提高 总的能量转 化效 率的重要 途径 之一 。近年来 已 涌现 出大批 的新 颖染料 。 中包 括钌 配合物 染料［１ 其 ７、 ５
纯 有 机染料 删 金属 卟啉 染 料［１ 。在 这些 染 料 ｌ 和 １２ １１ ，等 之 中．其 中钌 配合物染 料 由于在可见 区具有 强 而宽
光电化学级光敏剂
光电化学级光敏剂
光敏剂是一种能够吸收光能并产生光化学反应的物质。
光电化学级光敏剂是指在光电化学反应中起关键作用的光敏剂，通常能够发生光诱导的电子转移、电荷分离和电子传输等重要的光化学过程。
一些常见的光电化学级光敏剂包括：
1. 铼（Re）配合物：铼配合物是光敏电化学反应中常用的光敏剂，具有良好的光化学稳定性和光转化效率。
例如，铼配合物Ru(bpy)32+（bpy为2,2'-联吡啶）被广泛应用于光电化学合成、太阳能电池和光触媒等领域。
2. 钴（Co）配合物：钴配合物是一类受欢迎的光敏剂，能够通过光诱导的电子转移来实现光化学反应。
钴配合物具有多样的结构和反应性质，可以应用于光电化学合成等领域。
3. 有机染料：一些有机染料也具有较好的光电化学性能，能够在光电化学反应中作为光敏剂。
例如，二甲基亚硫酰胺（DMSO）和乙醚类化合物（如亚甲基蓝）可以作为光电化学级光敏剂，参与光化学反应。
这些光电化学级光敏剂可用于光电化学合成、光催化反应、太阳能电池、光电化学传感器等领域，具有重要的应用价值。
三联吡啶氯化钌六水合物的最大吸收波长
三联吡啶氯化钌六水合物的最大吸收波长
三联吡啶氯化钌六水合物是一种有机金属化合物，化学式为
[C18H15ClN4Ru]Cl·6H2O，它的最大吸收波长为456 nm。
该化合物有着广泛的应用，在催化剂、太阳能电池等领域中被广
泛使用。
作为一种含铑有机化合物，它有着优异的光电转换性能和稳
定性，能够在室温下实现高效催化。
在太阳能电池领域，三联吡啶氯化钌六水合物被广泛用作染料敏
化太阳能电池（DSSC）的重要组成部分。
在DSSC中，它作为光敏染料
和电子传输剂，能够将光转化为电能，从而实现太阳能的利用。
同时，由于该化合物的热稳定性和光稳定性较好，能够在长期使用过程中不
易分解和损伤，因此被认为是一种具有潜力的太阳能电池材料。
除此之外，三联吡啶氯化钌六水合物还在光催化、有机合成等领
域有着广泛的应用。
借助于其高效催化性能和稳定性，它有望成为未
来新型催化剂的重要组成部分。
总之，三联吡啶氯化钌六水合物作为一种优异的有机金属化合物，拥有着广泛的应用前景和发展潜力。
其最大吸收波长为456 nm，能够
在太阳能电池、催化剂和有机合成等领域中发挥重要的作用。
三联吡啶钌发光原理
三联吡啶钌发光原理三联吡啶钌（Tris(2,2'-bipyridyl)dichlororuthenium(II) hexahydrate）是一种常用的发光试剂，其发光原理主要涉及到激发态和荧光态之间的能量转移过程。
在这个过程中，三联吡啶钌发生激发和发光的过程，产生强烈的荧光信号。
本文将对三联吡啶钌的发光原理进行详细介绍。
首先，三联吡啶钌的分子结构是由三个2,2'-联吡啶基团和一个钌离子组成的。
在溶液中，当三联吡啶钌受到外界光的激发时，其中一个或多个2,2'-联吡啶基团将吸收光能，处于激发态。
这个过程是通过电子跃迁来实现的，激发态的形成使得分子内部的电子结构发生改变。
其次，激发态的三联吡啶钌分子会发生内部的能量转移过程。
在这个过程中，激发态的能量会传递给其他未被激发的2,2'-联吡啶基团，使它们也处于激发态。
这种内部的能量转移过程是三联吡啶钌发光的重要步骤，它使得整个分子内部的能量分布得到均匀。
随后，激发态的三联吡啶钌分子会经历自旋轨道耦合过程，从而产生荧光。
这个过程是通过激发态的分子内部电子自旋和轨道角动量的相互作用来实现的。
在这个过程中，激发态的分子会逐渐失去能量，最终返回到基态，释放出荧光信号。
最后，产生的荧光信号可以通过荧光光谱仪等设备进行检测和分析。
荧光信号的强度和波长可以提供有关样品性质和分子结构的重要信息，因此三联吡啶钌作为一种荧光探针在化学和生物领域具有广泛的应用价值。
总的来说，三联吡啶钌的发光原理是一个复杂的过程，涉及到激发、内部能量转移和荧光发射等多个步骤。
通过深入理解三联吡啶钌的发光原理，可以更好地利用它在科学研究和实际应用中的潜在优势，为相关领域的发展做出贡献。
吡啶盐酸盐 太阳能电池
吡啶盐酸盐太阳能电池太阳能电池（Solar Cells）是一种利用光能直接转化成电能的器件，被广泛应用于太阳能发电系统、太阳能充电器和其他光伏设备中。
随着全球对可再生能源的需求不断增加，太阳能电池的研究和开发也变得越来越重要。
而在太阳能电池的生产和制造过程中，吡啶盐酸盐起着至关重要的作用。
吡啶盐酸盐（pyrrole hydrochloride）是一种有机化合物，其化学结构为C4H5N·HCl。
它通常是白色或浅黄色的晶体，易溶于水和醇类溶剂，具有较好的电导率和导电性。
因此，吡啶盐酸盐被广泛应用于太阳能电池中作为电子传输材料。
在太阳能电池中，吡啶盐酸盐的主要作用是促进电子的传输和输运。
当光线照射到太阳能电池表面时，光能被吸收并激发了材料中的电子，这些激发的电子会被吡啶盐酸盐接收并传输到电池的电极上，从而产生电流。
因此，吡啶盐酸盐的质量和性能直接影响着太阳能电池的效率和稳定性。
在过去的几十年中，科学家们不断努力改进吡啶盐酸盐的性能，并将其应用于新型的太阳能电池中。
通过调整吡啶盐酸盐的结构和组成，提高其导电性和稳定性，使其成为太阳能电池中的关键材料之一。
目前，市面上常见的太阳能电池主要包括多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和有机太阳能电池。
而吡啶盐酸盐作为电子传输材料，被广泛应用于薄膜太阳能电池和有机太阳能电池中。
薄膜太阳能电池是一种利用薄膜材料制成的太阳能电池，具有轻薄、柔韧和高效的特点。
吡啶盐酸盐作为其中的电子传输材料，可以提高薄膜太阳能电池的光电转换效率和稳定性，使其在光伏领域中具有更广阔的应用前景。
有机太阳能电池是一种利用有机材料制成的太阳能电池，具有低成本、轻质和可塑性强的特点。
吡啶盐酸盐在有机太阳能电池中作为电子传输材料，可以提高其光电转换效率和稳定性，使得有机太阳能电池具有更广阔的应用前景。
近年来，随着太阳能电池技术的不断发展和完善，吡啶盐酸盐在太阳能电池中的应用也不断得到深化和拓展。
联吡啶钌,发光
4000
ECL intensity(a.u.)
3000
2000
1000
0 -50 0 50 100 150 200 250 300 350
Time(s) Your company slogan
电化学发光试剂
常见的ECL试剂有9,10-二苯基蒽、光泽精、联吡啶钌、过氧化草酸酯、 鲁米诺和量子点等。 在众多电化学发光体系中，由于联吡啶钌Ru(bpy)32+具有水溶性好，化 学性能稳定，氧化还原可逆，发光效率高，应用的pH范围较宽，可电化学再 生和激发态寿命长等特点而广泛应用于ECL的研究中。所以该体系一直是电 化学发光领域研究的热点。
去活性。为解决这个问题，人们发展多种替代固定材料，如Nation和氧
化物纳米粒子或碳纳米管或石墨烯等的复合物材料、其它离子聚合物或 其复合物、纳米材料如金纳米粒子和氧化物纳米粒子等。目前文献上报
道对Ru(bpy)32+及其衍生物的固定化方法已经有很多，像LangmuirBlodgett、自组装、离子交换聚合物薄膜和溶胶-凝胶(sol-gel)技术等，但 效果都不是特别理想，因此需要寻找新的固定化方法来发展更稳定而灵
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图为设计合成的不同长度碳链连接的双核[Ru(bpy)3]2+配合物。用共轭
基团将两个活性中心连接构成的双核钌金属配合物由于电子偶合作用的存在 显示了较高的电化学发光强度。
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联吡啶钌固定化
Nation由于和联吡啶钌具有较好的结合能力，很早就被用于联吡啶 钌的固定。但是联吡啶钌容易扩散到Nation的疏水区而导致联吡啶钌失
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三联吡啶钌发光原理
三联吡啶钌发光原理
三联吡啶钌是一种新型的发光材料，具有较高的发光效率和稳定性，因此在光电器件领域具有广阔的应用前景。
其发光原理主要涉及到激子的形成和激子的衰减过程。
下面将详细介绍三联吡啶钌的发光原理。
首先，三联吡啶钌在受到光激发后，会产生激子。
激子是一种电子和空穴通过库仑力相互束缚形成的激发态，具有正负电荷相互吸引的特性。
在三联吡啶钌中，激子的形成主要是由金属配合物中的金属离子和配体分子之间的电荷转移相互作用所致。
这种电荷转移激子的形成是三联吡啶钌发光的基础。
其次，激子在三联吡啶钌中会发生衰减过程。
这一过程主要包括激子的扩散和激子的复合两个方面。
激子的扩散是指激子在材料内部的自由移动，而激子的复合则是指电子和空穴重新结合并释放出光子的过程。
在三联吡啶钌中，激子的扩散和复合过程受到材料结构和能级分布的影响，从而影响了发光效率和发光波长。
最后，通过对三联吡啶钌的发光原理进行深入研究，可以发现一些提高发光效率和波长调控的方法。
例如，可以通过合理设计金
属配合物的结构和配体的选择，来调控激子的形成和衰减过程，从
而实现高效、稳定的发光性能。
此外，还可以通过控制材料的晶体
结构和掺杂杂质等手段，来进一步优化三联吡啶钌的发光性能。
综上所述，三联吡啶钌的发光原理涉及到激子的形成和衰减过程，通过对这一过程的深入研究，可以实现对其发光性能的精准调控，为其在光电器件领域的应用提供了重要的理论基础和技术支撑。
希望本文能够对三联吡啶钌发光原理的理解有所帮助。
太阳能光解水的途径
太阳能光解水的途径李树本太阳能是最干净而又取之不尽的自然能源。
自地球上出现生命以来,太阳即以万物之母的宽大胸怀,通过光合作用把她的温暖洒向大地抚育着万物生长。
光合作用是绿色植物和藻类在可见光作用下将二氧化碳和水转化为碳水化合物的过程。
人类赖以生存的能源和材料都直接和间接地来自光合作用。
石油、煤和天然气等化石燃料就是自然界遗留给我们的光合作用产物。
七十年代初,由于石油短缺引起的能源危机,极大地激发了人们对光合作用及其模拟的研究兴趣。
只从能源考虑,光解水制氢是太阳能光化学转化与储存的最好途径。
因为氢燃烧后只生成水,不但不会污染环境,而且是便于储存和运输的可再生能源。
从化学热力学上讲,水作为一种化合物是十分稳定的。
要使水分解为氢和氧是一个耗能极大的上坡反应,由于受热力学平衡限制,采用热催化方法很难实现。
但水作为一种电解质又是不稳定的,根据理论计算,在电解池中将一个分子水电解为氢和氧仅需要1 23V。
如果把太阳能先转化为电能,则光解水制氢可以通过电化学过程来实现。
绿色植物的光合作用就是通过叶绿素吸收太阳光,再把光能转化为电能借助电子转移过程将水分解的。
据此,太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行。
从太阳能利用角度看,光解水制氢主要是利用太阳能中的光能而不是它的热能,也就是说,光解水过程中首先应考虑尽可能利用阳光辐射中的紫外和可见部分。
下面就三种主要途径,从原理上进行简要介绍。
(1)光电化学池(PEC),即通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能。
光阳极通常为光半导体材料,受光激发可以产生电子 空穴对。
光阳极和对极(阴极)组成光电化学池,在电解质存在下光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极,水中的质子从对极上接受电子产生氢气。
光电化学池法的优点是放氢放氧可以在不同的电极上进行,减少了电荷在空间的复合几率。
其缺点是必须加偏压,从而多消耗能量。
此外,由于电池结构比较复杂,难以放大。
为此,有人建议采用固态电解质制成固态电解质电池(SE C),但材料比较昂贵很难大量推广应用。
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化学通报
2006 年
第 69 卷
w058
太阳能电池用多联吡啶钌光敏剂
徐勇前 孙世国 彭孝军*
(大连理工大学精细化工国家重点实验室 大连 116012)
摘 要 简要介绍了多联吡啶钌分子修饰原理，详细介绍了其中的多元染料、两亲染料以及高摩尔 消光系数染料的研究现状，评述了多联吡啶钌光敏剂在染料敏化纳米晶太阳能电池中应用的研究进展。 关键词 多联吡啶钌 太阳能电池 光敏剂
-
S S
CN COOEt ecda
-
S S
N N qdt
-
S S bdt
-
S S tdt CH3
O_ O acac
O_ O Meac
O_ O dbmo
图 3 几种配体的结构 Fig.3 Structure of several ligands
OCH3 O HO S C O HO N N N HO O O HO O (K8)
化学通报
2006 年
第 69 卷
w058
损失 0.4eV。[3,90]如果避免了这种电压损失，整个电池的光电转换效率将可以从现在的 10%提高到 “黑染料” [结构式为 RuL3(SCN)3(L=三联吡啶三羧酸盐)] 17%。 2001 年 Graetzel 等[17,18]合成了被称为 的光敏剂，其在 AM1.5 太阳光照射下总的光电转换效率为 10.4%。图 1 为 N3 和“黑染料”的光电 流光谱响应图。其中纵坐标为光电转换效率(IPCE)，横坐标为激发波长。虽然这两种光敏染料在可 见光区都具有较高的光电转化效率，且在 920nm 处，“黑染料”仍然具有光谱响应，其吸收光谱相 对 N3 染料红移了 100nm。但黑染料仍存在着上述同样的电位不匹配问题[9]，所造成的电压损失为 0.2eV。因此设计合成性能更加优良的光敏染料体系仍是人们的主要研究方向之一。
HO HO O
ABTO
O C N N N
S HO O C
HO
O O N N N
N OCH3
Ru N C S N N
Ru N C S N N O
N Ru N N C S (N845)
O
O
OH
OTBA HO (N719)
S
HO HO O
O
N N Ru N N C C S (Z907)
N N
N N Ru N N C S C
Abstract In this paper polypyridyl ruthenium(Ⅱ) complexes are reviewed, which are sensitizers for dye-sensitized solar cells. The molecular design principle of this kind of sensitizers is introduced briefly. Among these sensitizers, supramolecular sensitizers, amphiphilic ruthenium sensitizers and high molar extinction coefficient sensitizers are discussed in detail in the field of their applications in nanocrystalline TiO2-based solar cells. Key words Polypyridyl ruthenium(Ⅱ) complexes, Solar cells, Sensitizers
过渡金属化合物如多联吡啶钌化合物由于其具有稳定的氧化态和激发态，它们的光化学、电化 学、光电化学应用受到广泛的关注。近十年来，随着其光电转换效率的不断提高，多联吡啶钌作为 染料敏化纳米晶体太阳能电池(dye-sensitized solar cells)光敏剂越来越引起人们的重视。围绕提高效 率而进行的分子修饰方面人们进行着不断的探索[1~14]。 一个理想的光敏染料应该在 AM1.5 太阳光照下吸收光谱达到 920nm； 同时具有羧基或者磷酸基 团能够较好的连接到半导体氧化物表面，光照激发下高效地将电子注入到氧化物的导带；染料的激 发态能级与氧化物的导带很好的匹配，从而减少电子转移引起的能量损失；它的氧化电位足够高， 以致较快被通过电解质或者空穴传输材料等电子供体还原。最后它要足够稳定，在自然光照射下能 够承受 108 次循环，相当于 20 年的使用寿命[3,8~10]。
[4,8~10]
。但其吸收光谱范围与太阳光谱不能很好地匹配，对 600nm 以上的
光谱响应较差，不能有效利用这部分太阳光能；调节 Ru(t2g)能级和π*轨道能级，以使它的氧化－还 原电位与 TiO2 导带的能级以及电解质(I-/I3-)的氧化－还原电位更好地匹配比较困难，因而造成电压
徐勇前 男，28 岁，博士生，现从事敏化纳米薄膜太阳能电池的研究。*联系人，E-mail: pengxj@ 国家教育部和国家自然科学基金(20128005，20376010，20472012) 2005-10-16 收稿，2006-01-10 接受
1 N3 和“黑染料”
目前公认的较好的光敏染料为 ML2(X)2，其中 M 代表钌，L 代表 4,4'-二羧基-2,2'-联吡啶，X 代 表卤素、氰基、硫氰酸根、乙酰丙酮、硫代氨基甲酸、水等。在这一系列染料中，以 X 为硫氰酸根的 mol-1· cm-1 “红染料” (N3)性能最优。 它的吸收最大在 518 和 380nm， 摩尔消光系数分别为 1.3×104 L· 和 1.33×104L·mol-1·cm-1
ABTO HO O O O C N Ru N C S N N N N OTBA HO N3
图 1 N3 和黑染料敏化到 DYSC 上的光电流光谱响应曲线[17,18] Fig.1 Spectral response curve of the photocurrent for the DYSC sensitized by N3 and the black dye[17,18]
O S O HO C S O
OABT S C
N N N Ru N C N N OABT
S
O
黑染料
N3 的主要缺陷在于长波长无吸收[4,19]。增大染料在近红外的吸收，同时保持短波长的光电转换 效率不变，有利于提高整个太阳能电池的总效率。常见的增大染料吸收范围的方法有：(1)使用较低 π*能级的配体；(2)提高钌的 t2g 轨道能级；(3)提高染料的摩尔消光系数。总的来说，染料必须具有 恰当的基态和激发态氧化还原电位以保证两个电子转移过程(电子注入和染料还原)顺利进行。在设 计光敏染料的时候要做到同时保证这两个过程顺利进行，就需要系统地调节染料的最低非占据轨道 (LUMO)能级和最高占据轨道(HOMO)能级。
3 引入电子给体
近几年开发了多核联吡啶钌染料(图 4)， 即通过桥基将不同的联吡啶络合物连接起来， 形成多核 配体，使其吸收光谱能与太阳光谱更好地匹配，从而增加其对太阳光的吸收效率。这类多核配合物 中的一些配体可以把能量转移给其他配体，形成能量的聚集，即所谓的“天线效应”[28]。Odobel 等[29]在联吡啶钌染料上导入了锌酞菁增大光谱吸收；Hirate 等[30]研究了在 N719 分子上引入三苯胺 (TPA)形成 N845 染料，当其吸附到纳米二氧化钛表面，光照激发，染料以 ps 级速度将电子注入形 成电子空穴对，联吡啶上 TPA 作为电子供体，以纳秒级的速度还原被氧化的染料，形成长距离的电 荷分离态，有效的减少甚至避免电子回传的发生，增大了电池的开路电压。
Polypyridyl Ruthenium(Ⅱ) Sensitizers for Nanocrystalline TiO2-based Solar Cells
Xu Yongqian, Sun Shiguo, Peng Xiaojun*
(State Key Laboratory of Fine Chemicals, Байду номын сангаасalian University of Technology, Dalian 116012)
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2006 年
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2.2 提高 HOMO 能级 对 N3 染料而言，基态的氧化电位与电解质(I-/I3-)存在约 0.7eV 的能级差，通常 0.2～0.3eV 的驱 动力足够氧化态的染料被电解质快速还原[9]。如果对 Ru(t2g)能级进行适当的调节使它们更好的相匹 配， 使染料在近红外区域发生光谱响应， 可以提高整个电池的总效率。 Hara 等[25,26]研究了以二硫醇、 β-二酮替代硫氰酸根，如图 3 所示出的 2,3-二硫醇喹喔啉(qdt)、2-氰基-3,3-二巯基丙烯酸乙酯(ecda)、 1,2-苯二硫醇(bdt)、3,4-二硫醇甲苯(tdt)以及乙酰丙酮(acac)、3-甲基-2,4-戊二酮(Meac)、1,3-二苯丙酮 (dbmo)。以 Ru(dcbpy)2(acac)为例，在 550nm 处其光电转换效率为 60%，吸收光谱近乎覆盖整个可 见区，电池的总效率为 6%。结果表明，以二硫醇、β-二酮二齿配体代替硫氰酸根单齿配体，增加了 染料的稳定性[27]。Ru(t2g)能级提高约 600 mV，与电解质(I-/I3-)更好地相匹配。
2 多联吡啶钌分子 LUMO 和 HOMO 的能级调节
2.1 降低 LUMO 能级 Islam 等 [20~22] 用联喹啉配体［ 2-(2-(4- 羧酸吡啶 ))-4- 羧酸喹啉 (dcpq) 、 4,4'- 二羧酸 -2,2'- 联喹啉 (dcbiq) ］以及菲咯啉代替联吡啶配体 ( 图 2) ，使光敏染料的最大吸收波长红移到 700nm 。以 Ru(dcpq)2(NCS)2 为例，激发态还原电位稍稍高于纳米 TiO2 氧化物的，吸附到纳米 TiO2 氧化物表面 后，其吸收光谱达到 900nm，光电转换效率为 55%。Renouard 等[23,24]研究了四联吡啶钌光敏染料， 相对于联吡啶，四联吡啶的电子更加离域，同时造成硫氰根配体由顺式转为反式,这些都使得其最大 吸收波长相对二联吡啶钌光敏染料(N3)红移了 44nm，单色光的光电转换效率为 75%。王忠胜等[44] 等研究了 N3 染料的反式类似物， 最大吸收波长相对 N3 红移了 50nm， 获得了 8.6%的光电转换效率。