共价键连富勒烯苯基卟啉化合物的合成、表征与光电性能研究

论文摘要

共价键连给-受体（D-A）化合物因在模拟生物体光合作用和构造太阳能电池等方面具有重大应用价值,从而成为当今世界的研究热点。富勒烯具有完美的空间结构,较小的重组能、合适的还原电势等特点,使其成为良好的电子受体;卟啉具有共轭大环结构,在紫外可见光区有着非常广泛的吸收,是理想的电子给予体。本文先采用1,3偶极环加成反应制备出富勒烯吡咯衍生物,再利用酯化反应合成了14种新型的富勒烯卟啉化合物。采用元素分析、红外吸收光谱、紫外-可见吸收光谱和质谱等多种手段对中间物及产物进行了结构表征。研究了富勒烯卟啉（锌卟啉）化合物的光化学性质,结果发现:（一）卟啉键合富勒烯后,荧光强度明显减弱,表明卟啉-富勒烯化合物在光照作用下发生了分子内电荷/能量转移;（二）邻位取代的卟啉-富勒烯化合物的荧光猝灭强于对位取代的卟啉-富勒烯化合物;（三）甲氧基苯基卟啉-富勒烯化合物的稳态荧光光谱比苯基卟啉-富勒烯化合物的稳态荧光光谱有明显红移。测定了该系列化合物在砷化镓（GaAs）电极表面上的光伏效应。并讨论了光伏效应的影响因素,结果发现:（一）在I2/I3-和O2/H2O介质电对中,镀层厚度在1～2μm时,该类化合物具有较好的光电转换性能;（二）邻位取代的苯基卟啉（金属卟啉）-富勒烯的光电性能优于对位取代的苯基卟啉（金属卟啉）-富勒烯;（三）相同配体的配合物的光电转换性能按锌、铜和钴的顺序逐渐减小（Zn>Cu>Co）;（四）含有相同中心金属离子的该类化合物,甲氧基苯基卟啉-富勒烯配合物的光电转换性能优于苯基卟啉-富勒烯配合物。并在理论上对这些规律给予了初步的解释。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 富勒烯
• 60的结构和性质'>1.1.1 C₆₀的结构和性质
• 1.2 富勒烯金属化合物
• 1.2.1 富勒烯金属包合物（EMF）
• 1.2.2 富勒烯金属盐
• 2形式与金属形成配合物'>1.2.3 富勒烯通过η²形式与金属形成配合物
• 1.2.4 以富勒烯衍生物为配体形成的富勒烯金属化合物
• 1.3 卟啉及金属卟啉简介
• 1.3.1 卟啉及金属卟啉的结构和性质
• 1.3.2 卟啉及金属卟啉的应用
• 1.4 富勒烯卟啉化合物
• 1.4.1 共价键连富勒烯卟啉化合物
• 1.4.2 非共价键连富勒烯卟啉化合物
• 1.5 共价键富勒卟啉烯化合物的应用
• 1.6 选题依据和研究内容
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 本论文研究的主要内容
• 第二章 富勒烯卟啉化合物的合成与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂及其处理方法
• 2.1.2 仪器及测试方法
• 2.1.3 合成
• 2.2 表征结果
• 2.2.1 红外光谱
• 2.2.2 紫外-可见吸收光谱
• 2.2.3 质谱
• 2.2.4 元素分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱
• 2.3.2 紫外-可见吸收光谱
• 2.3.3 质谱
• 2.3.4 元素分析
• 第三章 富勒烯卟啉（锌卟啉）化合物的光化学性能研究
• 3.1 荧光简介
• 3.1.1 荧光产生的基本原理
• 3.1.2 影响荧光的主要因素
• 3.1.3 荧光猝灭
• 3.2 卟啉和金属卟啉的发光性能简介
• 3.3 实验设计
• 3.4 实验
• 3.4.1 试剂及仪器
• 3.4.2 溶液的配制
• 3.5 测定结果
• 3.6 结果讨论
• 第四章 富勒烯苯基卟啉化合物的光电转换性能研究
• 4.1 光伏效应基本原理
• 4.1.1 能带理论及半导体概念
• 4.1.2 光电转化性能原理
• 4.1.3 n型半导体的光伏效应
• 4.1.4 n-n型异质结
• 4.2 光伏效应的测定
• 4.2.1 介质溶液与光化学电池
• 4.2.2 光伏效应装置与测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 测量结果
• 4.3.2 影响光伏效应的因素
• 全文小结
• 参考文献
• 附录Ⅰ 中间物及产物的红外吸收光谱图
• 附录Ⅱ 中间物及产物的紫外-可见光谱图
• 附录Ⅲ 中间物及配体的质谱图
• 附录Ⅳ 产物的光生电压图
• 硕士阶段发表论文
• 致谢