毕业论文课题相关文献综述

关键词：染料敏化太阳能电池 席夫碱 N-氨基吡啶 过渡金属配合物

一、染料敏化太阳能电池(DSSC)的研究发展

当今能源危机日益加深，成为了全世界关注的问题。人们迫切地研究新型能源，但是氢能中储氢材料的安全问题依然没有得到解决，风能只能被使用在大规模风农场和一些供电被隔绝的地点，核能建设成本很大，较易引发政治歧见纷争，并且对生态和民众具有伤害。太阳能作为一种取之不尽的能源，在利用率转化方面效率非常高，而且使用成本低，不会产生任何的污染，在所有的地区几乎都可以得到广泛应用^[1]。

近年来，染料敏化太阳能电池成为了研究焦点。1991年瑞士Grtzel研究组研究利用钌多吡啶配合物染料作为光敏化剂，敏化纳米晶二氧化钛(TiO₂)薄膜电极作为电池的光阳极而制备成染料敏化太阳能电池(Dye-sensitizedSolar Cell，DSSC)，获得了7.9%的转换效率，这一发明引起了世界的轰动^[2]。2011年，Grtzel研究组通过将卟啉染料与噻吩基染料共敏化，获得了迄今为止DSSC域中的最高转换效率12.3%^[3]。2011年，台湾交通大学刁维光教授领导的研究小组与瑞士洛桑理工学院合作，以一种人工叶绿素-紫质分子取代钌金属络合物，成功将DSSC电池的光电转换效率提高到13.1%，这被誉为2005年之后全球替代能源发展的最大突破^[4]。目前国内外对天然染料敏化剂的研究主要集中在叶绿素及其衍生物花青素类以及类胡萝卜素等天然染料。曹玲玲等以叶绿素铜钠盐作光敏SnO₂超微粒薄膜作光电极获得单位面积DSSC的开路电压268mV，短路电流为20μm/cm^2[5]。

二、席夫碱及其应用

席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特性基团（－RC=N－）的一类有机化合物，通常席夫碱是由胺和活性羰基缩合而成。N-氨基吡啶的分子结构中的氨基可与醛、酮等含羰基的分子发生缩合反应，形成阳离子型的席夫碱化合物，这类席夫碱阳离子的分子结构易于化学修饰，电子结构可调控。席夫(Schiff)碱具有良好的配位能力，能与过渡金属形成复杂的配位化合物，以氮、氧原子进行配位，其结构接近于生物体系的真实情况，适宜于进行生命体系的模拟研究。其配体的结构和金属离子决定配合物的生物活性^[6]。它具有优良液晶特性，用作有机合成试剂和液晶材料，有些席夫碱化合物表现出良好的仿酶催化活性^[7]。由于某些席夫碱具有特殊的生理活性，近年来，越来越引起医药界的重视。据报道，氨基酸类、缩氨脲类、缩胺类、杂环类、腙类席夫碱及其应用的配合物具有抑菌、杀菌、抗肿瘤、抗病毒等独特药用效果 ^[8]。

在药物领域的应用方面，安晓雯等合成了3个水杨醛Schiff碱氧钒配合物，研究了配合物和载药脂质体对肝肿瘤细胞的抑制作用^[9]。在材料领域的应用方面,目前，许多金属及其合金在工业、军事、民用等各个领域得到了广泛的应用，但是金属在不断变化的环境之中具有不稳定性，寻找有效的缓蚀剂便成为科学家的新目标。席夫碱能够有效的阻止金属的腐蚀，具有广阔的发展前景^[10]。在环境领域的应用方面，李惠成等合成了对羟基苯甲醛缩邻氨基苯甲酸(HBAA)这种新的席夫碱荧光试剂，发现其具有很高的选择性，能够运用矿泉水、自来水、河水中汞的测量^[11]。在催化领域的应用方面，席夫碱及其配合物在催化领域的应用也很广泛,概括起来说,席夫碱做催化剂主要应用于聚合反应、不对称催化环丙烷化反应以及烯烃催化氧化方面和电催化领域^[12]。

三、双-(马来二腈基二硫烯)过渡金属配合物[Ni(mnt)₂]^2-

平面型分子结构的双-(马来二腈基二硫烯)过渡金属配合物的分子式为（[M(mnt)2]^n-，M=Ni，Pd，Pt），该配合物分子内d→d，π→π^*以及MLCT(金属到配体的电荷转移)导致了其在近红外光谱区有强吸收^[13]，并且通过系统地改变平衡阳离子的分子和电子结构性质可以有效的调控配合物的近红外吸收波长，因此具有化学可调性。

结论：虽然这种新型电池因原料丰富，成本低，工艺相对简单，无毒无害等特点，具有广阔的应用和开发潜能，但目前若想实现大批量生产还有几个核心技术问题需要解决。作为能量转换的太阳能电池，提高能量转换效率是今后开发的一个主要研究项目，怎样开发新的红外吸收染料，提高共敏化特性，开发新的添加剂和电解质是今后的一个研究方向^[14]。降低光阳极的暗电流和提高其导电性,制备高效耐用的准固态电解质,寻找价格低廉的非Pt对电极也是研究的重要内容^[15]。随着科学的快速发展，不断打开思路，综合技术，我相信染料敏化电池是会有光明的前景的，对它的研究将有利于缓解当今世界的能源危机问题，具有非常重要的现实意义。