兩種香豆素分子與TiO2之間電荷轉移的理論研究

吳文鵬，潘 霄，李寧寧，柴 云

(1.河南大學 化學化工學院,河南 開封 475004； 2.河南大學 環境與分析科學研究所,河南 開封 475004)

兩種香豆素分子與TiO2之間電荷轉移的理論研究

吳文鵬1,2，潘 霄1,2，李寧寧1,2，柴 云1*

(1.河南大學 化學化工學院,河南 開封 475004； 2.河南大學 環境與分析科學研究所,河南 開封 475004)

染料敏化太陽能電池以其低成本高效率引起了人們廣泛的關注，其中的光誘導電荷轉移過程對太陽能電池的光電轉化效率起著重要作用. 本工作中我們以兩種香豆素類染料分子7-羥基香豆素-4-乙酸(HCA)和7-N,N-二甲胺基香豆素-4-乙酸(DMACA)為例，從理論上研究了它們的幾何結構和電子吸收光譜；并將其吸附在TiO2表面上，計算了它們與TiO2表面之間電荷轉移的重組能、耦合強度和驅動力，進而計算了電荷轉移速率. 結果表明，DMACA分子中二甲胺基在第一激發態的旋轉能壘約為0.08 eV，因此DMACA分子在第一激發態時很容易發生扭轉. 通過對HCA-TiO2/DMACA-TiO2體系中電子轉移過程的研究，發現盡管兩者重組能相似，但前者耦合強度和驅動力比后者小，使前者的電子轉移速率略小于后者. 當DMACA-TiO2體系中二甲胺基在激發態發生扭轉后，耦合強度略微減小，但由于驅動力減小，重組能增大，電子注入速率明顯降低. 因此，本工作不僅合理地解釋了實驗現象，而且也提供了一種理論預測染料分子-半導體界面上電子轉移的可行性方法.

香豆素；光誘導電荷轉移；密度泛函理論；含時密度泛函理論

在過去的二十多年中，染料敏化太陽能電……