给电子基团对吲哚染料电子结构和吸收光谱的影响.pdf

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1、物理化学学~E(WuliHuaxueXuebao)AugustActaP．一Chim．Sin．2012，28(8)，1885-18911885[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201205301www．whxb．pku．edu．cn给电子基团对吲哚染料电子结构和吸收光谱的影响梁桂杰，钟志成陈美华’许杰。徐卫林。和平’候秋飞’李在房’f湖北文理学院材料科学与工程研究中心，湖北襄阳441053；西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安710049；武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室，武汉430073)摘要：利用密

2、度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD．DFT)，分别基于B3LYP和PBE1PBE方法研究了一系列含有不同给电子基团的吲哚染料分子(IDI—ID3)的电子结构和吸收光谱性质．重点比较了不同电子给体对染料的分子结构、吸收光谱以及其在电池中的光伏性能的影响．结果表明从ID1、ID2到ID3，随着电子给体中苯环数目的增加，吲哚分子上的共轭效应逐渐增大，导致吲哚分子最高占据分子轨道．最低未占据分子轨道(HOMO．LUMO)之间的能隙变窄，分子的吸收光谱发生红移．染料分子的吸收光谱和LUMO能级分别影响染料的吸光效率和光电转化过程中电子的注入过程，从而使其二者成

3、为决定电池光伏性能的重要参数．综合考虑上述两个参数对电池性能的贡献，通过理论研究证实，在ID1一ID3系列染料中，ID3具有较长的吸收谱带、较大的分子消光系数和合适的LUMO能级，从而表现出最为优越的光伏性能。这与实验得出的结论很好地吻合．关键词：密度泛函理论；染料敏化太阳能电池：吲哚染料；分子结构：吸收光谱中图分类号：O641EfectofDonorMoietiesontheElectronicStructuresandAbsorptionSpectraofIndolineDyesLIANGGui—Jie’ZHONGZhi．Cheng’，CHENMei．Hu

4、a’XUJie。XUWei．Lin。HEPing’HOUQiu．Fei’LlZai．Fang’fResearchCenterforMaterialsScience＆Engt。neering,HubeiUniversityofArtsandScience,Xiangyang441053，HubeiProvinceR．China；StateKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorofMaterials．Xi'anJiaotongUniversity,Xian710049,PR．China；KeyLaboratoryofGreenProc

5、essingandFunctionalTextilesofNewTextileMaterials，MinistryofEducation，WuhanTextileUniversity,Wuhan430073，PR．China)Abstract：TheelectronicstructuresandabsorptionspectraofindolinedyescontainingdiferentdonorsflD1一lD3)wereinvestigatedbydensityfunctionaItheory(DFT)andtime．dependentDFattheB

6、3LyPandPBE1PBElevels．respectively．Theefectsofthedonormoietiesonthemolecularstructures，absorptionspectra．andphotovoltaicperformancehavebeencompared．TheresultsindicatetheincreaseinthenumberofphenyIgroupsinthedonordecreasesthehighestoccupiedmolecularorbital—theIowestunoccupiedmolecular

7、orbitaI(HOMO—LUMO)energygapandred．shiRstheabsorptionband．ThisisrelatedtotheincreasedconjugationfromID1t0lD2andlD3．TheabsorptionspectraandLUMOenergyIevelactastwocriteriaforthephotovoltaicperformanceofadyebydeterminingthelightharvestingeficiencyandchargeinjectionprocess．respectively．C

8、onsideringtheabovet