《卟啉酞菁類分子光伏材料的設計合成和性能研究》是依託北京科技大學，由邊永忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：卟啉酞菁類分子光伏材料的設計合成和性能研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：邊永忠
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題針對高效、穩定光電轉換材料的理性設計與可控制備這一基本科學問題，綜合考慮光電轉換過程中的光吸收、光致電荷分離、電荷傳輸三個要素，圍繞卟啉酞菁類化合物進行功能導向的結構設計與調控，發展性能優異的功能材料體系。通過對卟啉酞菁類分子的取代、偶聯、配位等化學調控手段最佳化材料結構，改善其對太陽光吸收能力以及載流子的生成和傳輸能力。研究材料的光伏特性和光電轉化機理，結合量子化學理論模擬逐步確立分子結構與功能性質之間的關係規律，為實際開發套用提供理論支撐。
結題摘要
自2015年1月項目啟動以來，按照研究計畫開展工作，針對共軛四吡咯大環類有機半導體分子材料開展了系統研究，綜合考慮光電轉換過程中的光吸收、光致電荷分離、電荷傳輸三個要素進行功能導向的結構設計與調控，在功能分子材料的設計製備、電子結構及分子能級調節、光物理性質研究方面取得了系列成果，完成了預定研究目標。取得成果如下：1、功能分子的設計合成：通過共價偶聯、金屬配位等化學方法，設計製備了一系列新穎的卟啉酞菁類功能分子，包括二萘酚連線的雙卟啉體系、酞菁-卟啉混雜二元和三元體系、鄰二萘酚“捆綁”的卟啉稀土三明治型配合物，以及D-π-A型三芳胺-卟啉-三聚吲哚三元分子。對其結構及光譜學特性進行了系統表征，研究了組成單元以及連線方式對其功能性質的影響規律，為其在光伏材料方面的套用提供了物質基礎。2、分子能級調節：針對卟啉-酞菁稀土三明治型配合物，系統研究了連線基團及配位金屬離子對分子空間結構和電子結構的影響。研究發現其分子能級可以通過兩種途徑進行調節：其一是通過變價金屬離子(如CeIII/IV)不同氧化還原狀態的參與；其二是通過配體種類及層數的控制。兩種途徑協同可以對其氧化還原電位及分子能級進行精確調控，以實現與電極基底和摻雜材料的高效能級耦合。3、光物理性能調控：研究發現將卟啉和酞菁兩種光電活性單元通過共價或配位偶聯構築混雜分子體系，不但使兩種單元的本徵吸收光譜互補，而且形成配合物後產生了兩種大環共軛體系之間的荷移躍遷，從而可以顯著改善分子材料的光吸收性能。 在本項目的支持下共發表SCI收錄研究論文14篇；撰寫出版專著1章；申請並授權發明專利1項；在第9屆國際卟啉酞菁學術會議（ICPP-9，2016年7月，南京）作邀請報告並擔任分會主席；作為副主席舉辦國際學術會議1次，參加國內學術會議2次；培養博士生7名（畢業2名），培養碩士生17名（畢業7名）。
