1、项目类别 重点项目 山东省自然科学基金资助项目 结 题 报 告 项目负责人 (签字 ): 郭文跃 项目编号 : ZR2011EMZ002 项目名称 : 染料敏化太阳能电池关键材料的设计 所在单位 : 中国石油大学（华东） 研究工作完成时间 : 2014 年 10 月 山东省自然科学基金委员会办公室 二一四年制 一、开展的主要研究工作 （ 概述在项目执行期内，完成 的主要工作内容及进度情况 。 不超过 1000 字。 ） 在项目执行期间，主要开展了 6 方面工作： 非贵金属 Fe(II)配位染料敏化剂分子 的设计和理论研究、 非贵金属 Cu(I)基染料 敏化剂 的设计和理论研究、 Zn基卟啉染料
2、敏化剂的设计和理论研究、 三苯胺基 纯有机 染料敏化剂 的设计和理论研究、染料敏化剂在半导体 TiO2 表面的吸附性质研究、 激发态染料敏化剂分子在常用 I-/I3-电解液中电子传输性质的理论研究 。 具体的研究内容 及进度情况 如下： (1)设计了一系列的 Fe 中心离子配合体染料敏化剂分子 ， 优化了敏化剂分子在液相中的结构， 计算了 结构 参数 ；分析 了 敏化剂分子轨道组成以及轨道能级；模拟 了 液相中紫外 /可见光 (UV/VIS)吸收光谱、吸收强度以及电子激发转移路径 。 计算和分析工作已经完成， 相关文章 已经发表。 (2)设计了一系列的 Cu中心离子配合体染料敏化剂分子 ， 优
3、化了敏化剂分子在液相中的结构， 计算了机构参数 ；分析 了 敏化剂分子轨道组成以及轨道能级；模拟 了 液相中紫外 /可见光 (UV/VIS)吸收光谱、吸收强度以及电子激发转移路径 。计算和分析工作已经完成，相关文章已经被接收。 (3)设计了一系列的 Zn中心离子配合体染料敏化剂分子 ， 优化了敏化剂分子在液 相中的结构， 计算了 结构 参数 ；分析 了 敏化剂分子轨道组成以及轨道能级；模拟 了 液相中紫外 /可见光 (UV/VIS)吸收光谱、吸收强度以及电子激发转移路径 。 计算和分析工作已经完成，相关文章已经被接收。 (4)设计了一系列 三苯胺 纯有机 染料敏化剂分子，优化了敏化剂分子在气相
4、与液相中的结构， 计算了机构参数 ；分析 了 敏化剂分子轨道组成以及轨道能级；模拟 了 气相与液相中紫外 /可见光 (UV/VIS)吸收光谱、吸收强度以及电子激发转移路径。计算和分析工作已经完成，相关文章已经发表。 (5)计算 了羧酸根 的 模型分子 HCOOH（甲酸）和 C6H5COOH（苯甲酸）在锐钛矿相TiO2(101)面 各 吸附构型 的吸附能 和结合方式 ， 总结了其吸附规律；对链接 -COOH 基团的 有机染料进行 了 理论计算研究，分析 了 受光激发电子注入半导体的方式和注入时间 ，从微观理论上 分析 了 影响电子注入时间的因素。 (6)对 敏化剂分子及电解质溶液分子的 结构 、
5、单点能和频率进行了计算， 模拟 了 激发态染料敏化剂分子在常用 I-/I3-电解液中电子传输过程 ，分析了电解质与敏化剂分子 的 相互作用 ；研究 了 在常用 I-/I3-电解液中添加添加剂（含有 Li+、 Na+、 K+等离子 ） 对激发态染料分子充电性能的影 响 。 二、取得的主要成绩 （ 比照研究工作计划，简述所做的代表性工作及取得的标志性成果、应用情况，不超过 1500 字。 ） 取得的主要成绩： 按照研究计划， 本 项目共在国外学术期刊上发表 SCI 文章 15 篇；申请发明专利 2 项；将该类项目进行了升级，申请了国家自然科学基金； 共培养 博士研究生 3 人， 硕士研究生 4 名
6、，俱 已 毕业并获得了 学位。 具体的代表性工作及取得的标志性成果、应用情况如下。 代表性工作： (1)按照研究计划，我们设计了一系列的非贵金属中心离子（包括 Cu、 Fe、 Zn等）配合体染料敏化剂分子 和 基于三苯胺等纯有机分 子材料的新型染料敏化剂分子 ，优化了敏化剂分子 在气相与液相中的结构；分析金属中心离子同配体的成键、稳定性以及结合能情况；分析敏化剂分子轨道组成以及轨道能级 ； 模拟气相与液相中紫外 /可见光(UV/VIS)吸收光谱、吸收强度以及此过程中电子激发转移路径；修改共轭配体以拓展光谱吸收范围，并提高光吸收率、光稳定性以及热稳定性。 (2)研究 了 染料敏化剂分子在 TiO
7、2、 ZnO 等半导体表面的吸附位与结合方式，比较不同被吸附基团的吸附位置，分析吸附能差异；研究敏化剂吸附对半导体自身性能的影响；研究电子由受激发的染料敏化剂分子至 半导体表面电子转移路径；研究半导体捕获自由电子过程以及输运方式。 (3)模拟 了 激发态染料敏化剂分子在常用 I-/I3-电解液中电子传输过程；研究在常用I-/I3-电解液中添加添加剂（含有 Li+、 Na+、 K+等离子 ） 对激发态染料分子充电性能的影响。 取得的标志性成果、应用情况： (1)Fe 金属中心类敏化剂的成果已经发表于 Journal of Organometallic Chemistry。 X. Q. Lu, K
8、-S. Chau, S. X. Wei, Z. G. Deng, N. Ding, L. M. Zhao, C.-M. L. Wu, W. Y. Guo.* J. Organomet. Chem., 2013, 741742, 168-175. (2)Cu金属中心类敏化剂的成果已经接收于 Science of Advanced Materials。 S. X. Wei, X. F. Shi, X. Q. Lu,* Y. Shao, D. L. Jin, Z. G. Deng, Z. G. Zhao, K. Li, W. Y. Guo. Sci. Adv. Mater., 2014, DOI:
9、10.1166/sam.2014.2052. (3)Zn 中心离子配合体染料敏化剂分子 的成果 已经接收于 Science of Advanced Materials。 X. F. Shi, X. Q. Lu,* Y. Shao, S. X. Wei, Q. Zhu, D. L. Jin, Z. G. Deng, W. Y. Guo.* Sci. Adv. Mater., 2014, DOI: 10.1166/sam.2014.2007. (4)以三苯胺为基础的纯有机分子敏化剂的成果已经 发表于 International Journal of Photoenergy。 S. X. Wei,
10、X. Q. Lu,* X. F. Shi, Z. G. Deng, Y. Shao, L. M. Zhao, W. Y. Guo,* C.-M. L. Wu, Int. J. Photoenergy, 2014, art. no. 280196. (5)Cu 金属中心类敏化剂的成果已经申请发明专利一项“ 一种设计与筛选铜基联吡啶染料敏化剂的方法 ”，目前已经公开，专利号为 201410205648.2。 (6)申请发明专利“ 二硫富瓦烯基染料敏化剂的分 子设计方法 ”，目前已经公开，专利号为 201410205490.9。 (7)将该基金进行了升级，在 2014 年申请了国家自然科学基金“ 新
11、型非贵金属染料敏化剂的理论设计与筛选 ” ，项目编号为 21303266。 三、标志性科研成果 （ 列举能够体现本 项目 研究工作与水平的 标志性成果 1-2项，并另附标志性成果影印件；所列论文、专著等须 已公开发表且标注 本 基金项目 资助 ） 。 标志性成果清单 序号 成果名称 完成人 类型 完成时间 项目负责人 署名次序 1 Cu(I)-based sensitizers featuring 6,6-dimethyl-4,4-dicarboxylate-2,2-bipyridine with functionalized 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline ligands: A structural, electronic and spectral investigation. 魏淑贤 论文 2014 9/9 2 Theoretical Investigation on Novel Porphyrin Dyes with Functionalized Bridge and Donor Groups for Dye-Sensitized Solar Cells. 史晓凡 论文 2014 8/8 类型是指 ：论文、专著、 发明 专利 等 附：
