半导体金属氧硫簇与有机共轭配体的膜组装及光电性质研究

Semiconductive metal oxide or metal chalcogenide clusters are derived from their semiconductive materials, but have cluster structures. Through efforts of several decades, clusters with various sizes, including nano-size, have been synthesized by 'bottom-up' technique at the molecular level. These nanoclusters have clear structures and single particle size, which shows unique superiority in nano material science. Comparing with the synthesis and structural analysis, the functionalization with organic components and the assembly used in devices have just begun now. they are concerned with organic, inorganic chemistry and material science, and are promising work in application of photoelectric conversion. This research is going to integrate conjugated organic molecules having photoelectric activity with semiconductive nano-clusters by coordination or assembling. The energy levels and properties of the clusters can be modified by the charge-transfer between the organic moiety and the inorganic cluster. The project is also dedicated to preparing nano films from these functionalized clusters by wet assembly method, and studing the morphology and properties of the assembled films as well as the application in photoelectric conversion materials.

半导体金属氧硫簇合物是指一类由半导体金属氧化物、硫化物材料衍生而来的具有簇结构骨架的化合物。几十年来，通过自下而上的分子合成途径，包括纳米尺度在内的各种尺度的簇合物被合成出来，其丰富的簇结构类型也已经被人们所认识。这类纳米簇合物结构明确、尺度均一，在纳米材料研究领域有着独特的优势。然而与其合成及结构解析研究相比，怎样将这类半导体簇进一步引入有机基团功能化以及通过组装进一步器件化的工作还刚刚开展。该内容涉及有机，无机及材料的交叉领域，有希望得到新的光电转换材料，值得深入研究。本课题研究计划将具有光电应用的共轭有机配体或配合物引入半导体纳米簇合物的结构或组装体中，通过共轭有机分子与无机半导体簇骨架间的电荷转移，改变簇材料的能级结构及性质。并致力于对这类簇合物进行二维湿法组装，通过簇交联、逐层修饰等方法，研究这类簇合物组装膜的表面形态、性质以及在光电转化材料中应用。

半导体金属氧硫簇合物是指一类由半导体金属氧化物、硫化物材料衍生而来的具有簇结构骨架的化合物。这类纳米簇合物结构明确、尺度均一，在纳米材料研究领域有着独特的优势。然而与其合成及结构解析研究相比，怎样将这类半导体簇进一步引入有机功能基团以及进一步用于器件应用的工作还刚刚开展。本课题研究将具有光电应用的共轭有机配体或配合物引入半导体纳米簇合物的结构或组装体中，通过共轭有机分子与无机半导体簇骨架间的电荷转移，改变簇材料的能级结构及性质，获得了一系列具有光电响应性质的各种四面体硫属簇、大环状多元硫属簇，以及具有催化降解、荧光开关现象的钛氧簇合物，还制备了系列有机染料修饰的具有光电转化增强性质的钛氧系列簇合物。并对这类簇合物进行二维湿法组装，获得新型光电响应电极，组装光电池，并发现这类簇材料在光电电极材料上有很好的应用，拓展了簇合物化学在材料领域的应用。.特别是在T5铜铟硫簇和钛氧簇染料的合成和光电转化两个方面有较大的突破：.具有四面体结构的铜铟硫簇化合物一直是主族元素硫化物研究的热点，这类簇合物可以作为具有明确结构的硫化物量子点。我们在国际上首次获得了一种可溶性的具有T5四面体簇结构的铜铟硫纳米簇的溶液，该溶液可直接用于膜材料的湿法制备。光电测定表明该类化合物具有明显的光电响应特性和很好的催化功能。.染料敏化太阳能电池中，染料分子在半导体表面上的的有效的锚固和单分子分布可以有效提高染料敏化太阳能电池的性能。我们制备了一种新型结合钛氧簇的杂化染料，利用钛簇醇盐部分水解使染料分子在半导体TiO2表面的有效锚固并改善了染料分子的分散性。使用这种类型的染料与原有机染料相比，可使光电流响应有相当大的提高。这项原创性工作开辟了染料敏化太阳能电池敏化剂设计的新思路。