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1.4.4 染料敏化太阳能电池
太阳能是一个取之不尽、用之不竭的巨大能源，太阳能的利用是目前比较活跃的研究方向。人们在研究光能的转换时，主要是模拟自然界绿色植物的光合作用，是太阳能转化为其他形式的能量。其中染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电转化效率非常高。DSSCs的工作原理是：光敏分子(S)吸收了透过导电玻璃的光，从基态S0跃迁到激发态S*，激发态电子注入到TiO2半导体的导带中，从而产生电荷分离，导带电子可以瞬间到达导电玻璃，从而流向外电路，输出电能[42,43]。
S + hv → S*
S* + D → S- + D+
S* + A → S- + A-
其中，S为敏化剂，D为电子给体，A为电子受体。敏化剂受光激发形成激发态，在能量相互匹配的情况下，可以引发电子给体和电子受体的离子化。然后通过光催化剂的作用，使水光解为氢和氧，将光能转变为化学能。卟啉类化合物是常见的光敏化剂之一。染料敏化太阳能电池可以有效地将太阳能转化为电能。因为咔咯的前沿分子轨道比卟啉的前沿分子轨道具有更高的能量，而且选择性替换咔咯配合物分子中的取代基或改变中心金属离子都可以使其光物理性质发生改变，所以将咔咯配合物应用于DSSCs方面的研究受到了极大的重视。研究结果表明，用锡和镓的咔咯配合物制作的DSSCs比相应的卟啉配合物具有更加优良的效果[44]。
1.5 方案论证
本实验方案前半部分经查文献找出咔咯化合物的合成方法，但合成咔咯催化剂有些困难，主要是因为产率低，生成物易分解。后半部分以咔咯为原料合成金属咔咯，以金属咔咯化合物作为催化剂，以环己烷、正己烷、甲苯等烷烃为起始料，通过空气催化氧化。该部分具有一定的难度，主要体现在烷烃的氧化产物比较复杂，往往容易氧化得到到酮或酸，条件比较难以掌握，太温和无法反应，太剧烈又会使产物分解，所以需要精心设计工艺条件。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
2.1.1 仪器
表2.1 主要仪器
名 称 型 号 生产厂家
恒温磁力搅拌器 S10-2型 上海司乐仪器有限公司
气相色谱分析仪 GC122型 上海精誉仪器设备有限公司
紫外-可见分光光度计 CARY-100型 美国VARIAN公司
核磁共振光谱振仪 Avance Ⅲ 500M 瑞士Bruker 公司
增力电动搅拌机 JB50-D 上海标本模型厂
简易精馏装置 中科院上海有机化学研究所
低温冷却液循环泵 DLSB 上海豫康科教仪器设备有限公司
旋转蒸发仪 ZX－98 上海豫康科教仪器设备有限公司
真空泵 上海白洋仪器厂
氧气流量计 LZB-2 余姚市银环流量计仪器有限公司
高分辨质谱仪 solanX 70 FT-MS 美国布鲁克•道尔顿公司
超声清洗机 SY2200TP 上海声源超声波仪器有限公司
气体净化器 GPI-2 福立仪器有限公司
高纯氢气发生器 GH-300 北京中兴汇利科技发展有限公司
低噪音空气泵 SGK-2LB 北京东方精华苑科技有限公司
迷你离心机 LX-200 海门市其林贝尔仪器有限公司
低速台式离心机 800B 上海安亭科学仪器厂
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