模拟光合作用-探究叶绿素分子衍生物在太阳能电池中的应用
绿色植物进行光合作用的细胞器是叶绿体,叶绿体当中的叶绿素的主要成分是镁卟啉,卟啉分子可将太阳能转化成植物所需的化学能.于是研究人员将卟啉分子提取出来并在其基础上不断合成新型卟啉类衍生物,并模仿光合作用转化机理,将其作为染料敏化剂应用在太阳能电池中,使其完成光能转化成电能这一重要过程.目前卟啉类化合物的合成及性质的主要研究手段是进行大量的实验,实验过程中的失败以及实验的盲目性是存在的主要问题.因此本课题利用密度泛函理论这样的量子力学原理研究了卟啉及其衍生物分子的性质,模拟它们的分子结构、原子电荷、分子轨道能级,红外光谱和紫外光谱,探讨不同位置、不同类型的取代基对物质性质的影响.设计模拟出了理论上适合作为染料敏化剂的新型分子,从而使其更好的应用在太阳能电池中.1、咔唑类取代酞菁锌的染料敏化性能的研究在密度泛函理论(DFT)B3LYP水平上使用6-31g基组研究了N-乙烯基咔唑(-C6H11N)的取代对酞菁锌结构的影响.同时在周边的其他位置上引入了供电子性质的-NH2和吸电子性质的-F原子(取代基),进一步分析推拉电子基的引入对取代后的酞菁锌的影响.通过理论计算模拟它们的分子结构和原子电荷,HOMO与LUMO轨道以及红外光谱,发现取代后的这三个分子的能级差相较于未取代的酞菁锌分子的能极差减小,同时Zn[PcH15R]和Zn[PcH9R]F6这两个分子的红外光谱也发生了一定程度的红移,说明了R基的引入增强了酞菁锌的染料敏化的性能,同时吸电子基-F的引入有使敏化性增强的趋势.2、苯基类取代卟啉分子的染料敏化性能研究对锌卟啉分子以及R基(-C6H5、-C6H4NH2、-C6H4PH2)中位取代后的这四种分子进行了结构优化,理论模拟了它们的紫外光谱、红外光谱、分子结构等性质.研究结果显示ZnPor(C6H5)4这个分子的HOMO和LUMO轨道的能级差减小,同时紫外和红外光谱相比于未取代的卟啉锌分子的光谱也产生了一定程度的红移,说明了这个分子更适合作为染料敏化剂应用于太阳能电池中,为实验提供了理论基础.
- 作者：
- 李梓萌
- 学位授予单位：
- 牡丹江师范学院
- 专业名称：
- 生物化学与分子生物学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 蔡雪
- 中图分类号：
- TM914.4
- 关键词：
- 卟啉；酞菁；密度泛函理论；光谱
- Porphyrin; Phthalocyanine; Density functional theory; spectrum;