《寬光譜多金屬氧酸鹽分子光電器件的設計與組裝》是依託中南大學，由楊亞輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：寬光譜多金屬氧酸鹽分子光電器件的設計與組裝
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊亞輝
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對有機物類太陽能敏化材料光（熱）穩定性低、與太陽能光譜匹配難的問題，以多金屬氧酸鹽為主要研究對象，探索具有寬光譜回響性能的無機-有機雜化多金屬氧酸鹽分子光電器件設計原理和組裝方法。通過研究多金屬氧酸鹽超分子器件中電子給體-共軛分子線路-多電子受體間電荷輸運規律和能級匹配關係；分子光電器件組成、結構、空間排布與其光回響性能、光電轉化性能、電荷轉移性能之間的關係；電子給體-共軛分子線路-多電子受體超分子光電器件中電荷輸運性質和能級匹配關係；光生電子-空穴在分子光電器件內部及異質晶界的界面行為及其與材料光電性能的關係以及分子器件光活性機理及其平帶電勢、能隙大小、整體光電回響性能與分子器件組成和空間結構的關係，提出多金屬氧酸鹽分子光電器件設計原理與組裝方法，構建非釕系光敏材料製備基礎理論，設計和組裝400-700nm波長範圍內具有高光量子效率的光敏材料，為非釕系太陽能電池敏化材料製備奠定基礎。
結題摘要
本項目針對有機物類太陽能敏化材料光（熱）穩定性低、與太陽能光譜匹配難的問題，以多金屬氧酸鹽為主要研究對象，套用理論化學計算方法，根據實驗結果和文獻數據，結合理論化學計算，研究了不同類型多金屬氧酸鹽（POM）光敏材料的能級分布、前線軌道組成的特點，以及金屬離子和非金屬摻雜時材料能帶遷移規律，提出多金屬氧酸鹽光敏材料設計的基本規則，預測具有適當M-O-M鍵角地Keggin 和Dawson結構POM具有良好的光敏性能。根據多金屬氧酸鹽分步縮聚機理，建立磷鎢雜多酸（鹽）水熱-鹽析高效製備新方法。通過能級及空間效應與多金屬氧酸根匹配的抗衡離子的篩選，設計併合成了兩種Dawson型POM-卟啉類無機-有機雜化物：以釩取代三缺位Dawson型磷鎢雜多陰離子和中-四（4-羧基苯基）卟啉（TCPP）為主體，三（羥甲基）氨基甲烷（Tris）為連線體，共價鍵結合而成的新型雜化物大分子光敏材料。同時，項目研究了與POM光敏材料組裝的WO3-x納米薄膜光陽極的可控制備方法，通過與石墨烯、ZnO微球、TiO2微球複合，構築了雙層結構WO3–x光陽極，改善了光陽極電子傳輸性能，顯著提高了氧化鎢基光陽極的光電轉換性能。以Zn-卟啉-雜多酸有機-無機雜化POM為光敏材料，以氧化鎢/二氧化鈦複合薄膜為光陽極，設計組裝了氧化鎢基有機雜多酸化合物敏化太陽電池，該電池最高效率可達到11.1%，填充因子為71.1%，最大IPCE值可達到87%。本項目以無毒低成本無機-有機複合的多金屬氧酸鹽分子光電器件替代釕系有機染料敏化劑，利用D-π-A分子器件的系統協同功能拓展材料對太陽光的回響，促進光生電子-空穴分離，建立了非釕系太陽能光電化學池敏化材料設計新理念。項目發表論文13篇，其中國際期刊10篇，申請專利3項，已授權2項。培養碩士生7人。
