سنتز و شناسایی کمپلکس های جدید حساس کننده نور خورشید برپایه پیش ماده های فن دی اون و گروه های غیر کربوکسیلیک اسید

چکیده در این تحقیق، پس از مقدمه کوتاهی در رابطه با لزوم ساخت و استفاده از سل های خورشیدی در فصل اول، در فصل دوم، سه کمپلکس جدید روتنیوم(ii) با استفاده از لیگاند فن دی اون به عنوان لیگاند اصلی و لیگاندهای بی پیریدین و فنانترولین به عنوان لیگاند فرعی سنتز شدند. این سه کمپلکس به عنوان حساس کننده برروی لایه ای از نانوذرات اکسید روی قرار داده شده و عملکرد و بازده آن ها به عنوان سل خورشیدی اندازگیری شد. از بین سه کمپلکس سنتز شده، بالاترین بازده 54/1% است که به کمپلکس [ru(phen)2(phendione)]2+ مربوط است. همچنین نحوه اتصال گروه های اتصال دهنده کربونیل در سطح نانوذرات zno با استفاده از اسپکتروسکوپی ft-ir بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که گروه های کربونیل به صورت کی لیت برروی سطح zno متصل شده اند. در فصل سوم، لیگاند l1 از واکنش تراکمی فن دی اون و 4-آمینو-3-هیدروکسی-نفتالن سولفونیک اسید سنتز شد. با استفاده از این لیگاند و لیگاندهای کمکی دیگر از جمله بی پیریدین، bathophen و تیوسیانات، پنج کمپلکس سنتز و شناسایی شدند. گروه اتصال دهنده در این کمپلکس ها، سولفات است. سطوح انرژی و نحوه توزیع ابر الکترونی اوربیتال های مولکولی homo-1، homo ,، lumo و lumo+1 برای این کمپلکس ها به کمک روش dft محاسبه شد. نتایج حاکی از استقرار اوربیتال های homo برروی لیگاندهای تیوسیانات و lumo برروی گروه های اتصال دهنده، در کمپلکس [ru(l1)(bpy)(scn)2] است، که موجب عملکرد مطلوب تر این کمپلکس به عنوان حساس کننده، شده است. بالاترین بازده گزارش شده برای کمپلکس های سنتز شده در این فصل، 69/0% است که مربوط به همین کمپلکس است که با توجه به مقادیر سطوح انرژی homo و lumo و نحوه استقرار این اوربیتال ها در مولکول چندان دور از انتظار نیست. این کمپلکس ها به عنوان لایه نشر کننده در oled ها مورد استفاده قرار گرفتند. طیف های الکترولومینسانس این کمپلکس ها همگی نشر نور قرمز را نشان می دهند. در فصل چهارم این پایان نامه، لیگاند l2 از تراکم فن دی اون و 4-آمینو بنزن سولفونیک اسید بدست آمد. از این لیگاند و لیگاندهای کمکی دیگر (بی پیریدین، تیوسیانات و bathophen) چهار کمپلکس سنتز شده و مورد شناسایی قرار گرفتند. سطوح انرژی و شکل اوربیتال های مولکولی این کمپلکس ها به روش dft محاسبه شد. نتایج حاصل از این محاسبات نشان داد که سطوح انرژی و توزیع ابر الکترونی اوربیتال-های مولکولی homo و lumo کمپلکس [ru(l2)(bpy)(scn)2] که به ترتیب برروی لیگاندهای تیوسیانات و گروه های اتصال دهنده مستقر هستند، شرایط مطلوبی را برای انتقال الکترون از اوربیتال lumo رنگدانه به باند رسانش نیمه هادی فراهم می کند. این کمپلکس ها به عنوان رنگدانه در سطح نانوذرات نیمه هادی tio2 قرار داده شد. اتصال این رنگدانه ها در سطح tio2 از طریق گروه های اتصال دهنده سولفات انجام گرفت. بالاترین بازده بدست آمده در بین این کمپلکس ها مربوط به کمپلکس [ru(l1)(bpy)(scn)2] است و مقدار آن 5/0% است. از جمله دلایل بیشتر بودن بازده این کمپلکس نسبت سه کمپلکس دیگر، تطابق هرچه بیشتر سطوح انرژی اوربیتال های homo و lumo رنگدانه به ترتیب با باند رسانش نیمه هادی tio2 و الکترولیت یدید/تری یدید است. این کمپلکس ها در ساخت oled ها نیز مورد استفاده قرار گرفت. طیف های el، نشر نور قرمز را در این کمپلکس ها نشان می دهد. فصل پنجم این پایان نامه، به بررسی اکسایش حلقه مرکزی 10،1-فنانترولین و تشکیل حلقه اپوکسید در موقعیت های 5 و6، یکی از پرکاربردترین حدواسط ها برای استخلاف دار کردن موقعیت های 5 و6 حلقه فنانترولین، می پردازد. در ابتدا بهینه کردن شرایط سنتز این ترکیب، با استفاده از روش 1h nmr، مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه لیگاند l3 با حمله نوکلئوفیلی یک آمین آروماتیک (4-آمینو بنزن سولفونیک اسید) و شکستن حلقه اپوکسید تشکیل شده در مرحله قبل و سپس حذف گروه oh و تشکیل دوباره پیوند دوگانه بین کربن های موقعیت های 5 و6 سنتز شد. با استفاده از این لیگاند به عنوان لیگاند اصلی و لیگاندهای بی پیریدین، scn- به عنوان لیگاندهای فرعی، سه کمپلکس سنتز شده و مورد شناسایی قرار گرفت. اوربیتال های مولکولی homo و lumo این سه کمپلکس به لحاظ سطوح انرژی و توزیع ابر الکترونی آن ها مور بررسی قرار گرفت. این بررسی ها حاکی از کاهش فاصله انرژی بین اوربیتال های homo و lumo با قرار گرفتن گروه های تیوسیانات در ساختار کمپلکس است. بازده این کمپلکس ها در dssc ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کمپلکس [ru(l3)3]2+ بالاترین بازده را در میان سه کمپلکس دیگر دارد. مقدار بازده این کمپلکس 1% است. عمده دلیل بالا بودن بازده در این کمپلکس، قرار گرفتن سه گروه اتصال دهنده در این ساختار رنگدانه است که اتصال رنگدانه به سطح نیمه هادی را آسان تر می کند.