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太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用是解決能源問(wèn)題的有效手段，其中染料敏化太陽(yáng)電池具有制作工藝簡(jiǎn)單和光電轉(zhuǎn)換效率較高等優(yōu)點(diǎn)。近期，我?；瘜W(xué)學(xué)院解永樹(shù)教授和朱為宏教授開(kāi)展合作研究，在有機(jī)敏化染料創(chuàng)新設(shè)計(jì)及共敏化方向取得重要成果。
作為傳統(tǒng)有機(jī)染料，卟啉因其高摩爾吸收系數(shù)和突出光電性能而引起了廣泛關(guān)注，但其在近紅外和 500 nm 附近區(qū)域存在明顯的吸收缺陷。針對(duì)該瓶頸，通過(guò)對(duì)卟啉分子 (ZnP) 給體、受體、橋基及取代基的系統(tǒng)優(yōu)化，可有效增強(qiáng)其近紅外吸收并克服聚集效應(yīng)，提高光電流和光電壓；進(jìn)一步與純有機(jī)染料 WS-5 等共敏化，最終實(shí)現(xiàn) 11.5% 的光電轉(zhuǎn)換效率，取得基于碘電解質(zhì)的非釕染料敏化電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率。該成果為傳統(tǒng)碘電解質(zhì)條件下提高電池效率提供了有效途徑。該論文近期發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(JACS, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b09665)。
另一方面，染料分子的 HOMO–LUMO 能級(jí)必須有效匹配，以保證高效電子注入和染料再生。但目前大多純有機(jī)染料過(guò)高的 LUMO 能級(jí)造成能量的 “浪費(fèi)”。針對(duì)該問(wèn)題，在傳統(tǒng)染料分子基礎(chǔ)上，突破性地定向調(diào)控LUMO能級(jí)，非常有效地確保染料光捕獲波長(zhǎng)、能級(jí)匹配、電子注入平衡，為發(fā)展D–A–π–A 模型染料提供了源頭創(chuàng)新思路，該結(jié)果發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)《化學(xué)科學(xué)》 （Chemical Science, http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/sc/c5sc02778k#divAbstract)。
上述研究實(shí)驗(yàn)工作主要由博士生湯云瑜、王躍強(qiáng)、朱海波、碩士生劉京川，以及青年教師武文俊副教授完成。
近年來(lái)，朱為宏教授課題組在有機(jī)染料分子設(shè)計(jì)、功能與穩(wěn)定性強(qiáng)化領(lǐng)域取得了一系列突出成果，發(fā)表了多篇高水平論文 (Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 7275; JACS, 2015, 137, 8490; JACS, 2014, 136, 3579; Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 4603; Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2090; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 417)。
解永樹(shù)教授課題組近年來(lái)在新型卟啉及異卟啉分子設(shè)計(jì)、合成與功能化研究領(lǐng)域也取得了一系列重要成果 (Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 10955; Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 14069; JACS, 2013, 135, 19119; Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 1101)。
上述系列研究成果得到了田禾院士領(lǐng)銜的 國(guó)家“973”研究計(jì)劃、國(guó)家自然基金委創(chuàng)新研究群體基金、國(guó)家自然科學(xué)杰出青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、面上項(xiàng)目以及上海市東方學(xué)者特聘教授項(xiàng)目的資助。
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