染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO2(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究

doi:10.7503/cjcu20150811

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (11): 2220.doi: 10.7503/cjcu20150811

染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO₂(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究

郝莉, 魏巍, 王建, 张红星()

吉林大学理论化学研究所, 纳微构筑化学国际合作联合实验室, 长春 130021

收稿日期:2015-08-06 出版日期:2015-11-10 发布日期:2015-10-26
作者简介:联系人简介: 张红星, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事理论与计算化学研究. E-mail:zhanghx@mail.jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(批准号: 21173096, 21203071)、中国博士后基金项目(批准号: 2013M541288)和中国博士后特助项目(批准号: 2015T80297)资助

Theoretical Studies on the Adsorption of Eosin Y on TiO₂ and the Electron Injection from Eosin Y to Counter Electrode in Dye-sensitized Solar Cell

HAO Li, WEI Wei, WANG Jian, ZHANG Hongxing^*()

International Joint Research Laboratory of Nano-micro Architecture Chemistry,Institute of Theoretical Chemistry, Jilin University, Changchun 130021, China

Received:2015-08-06 Online:2015-11-10 Published:2015-10-26
Contact: ZHANG Hongxing E-mail:zhanghx@mail.jlu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

基于密度泛函理论计算分析了2种Eosin Y-TiO₂(101)吸附构型下的几何结构、电子结构及电荷转移性质. 结果表明, Eosin Y以H构型吸附在TiO₂(101)表面时的体系总能量比B构型的高59.7 kJ/mol; Eosin Y以B构型吸附在TiO₂(101)表面时比以H构型吸附时的吸附能更高. 因此, B吸附构型更易形成. 此外, 还对电子注入动力学进行了模拟并对界面间的电荷转移进行了Bader定量分析. 结果显示, 与吸附H构型相比, B构型下的电子注入过程更迅速也更完全.

关键词: 密度泛函理论, 染料敏化太阳能电池, 吸附结构, 界面间电子注入

Abstract:

The density functional calculations of the Eosin Y sensitized different interfaces were performed to analyze their structural, electronic, and charge properties in dye-sensitized solar cells. The obtained results indicate that Eosin Y with configuration H sensitized TiO₂ shows a higher total energy above 59.7 kJ/mol than that with configuration B sensitized TiO₂, while Eosin Y with configuration B sensitized TiO₂ displays larger adsorption energy than that with configuration H adsobed on TiO₂. Therefore, the configuration B would be more favorable for DSSCs. The electron-injection dynamics and quantitative analysis of charge transfer were simulated and computed, respectively. And the results reveal configuration B would provide more injected electrons and a faster electron injection process.

Key words: Densityfunctional theory, Dye sensitized solar cell, Adsorption structure, Interfacial electron injection

TrendMD:

郝莉, 魏巍, 王建, 张红星. 染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO₂(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究. 高等学校化学学报, 2015, 36(11): 2220.

HAO Li, WEI Wei, WANG Jian, ZHANG Hongxing. Theoretical Studies on the Adsorption of Eosin Y on TiO₂ and the Electron Injection from Eosin Y to Counter Electrode in Dye-sensitized Solar Cell. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(11): 2220.

图/表 6

Fig.1 Slab model of TiO2(101) surface (A) Top view; (B) side view.

Fig.2 Structures of Eosin Y sensitized TiO2 (A) Configuration H; (B) configuration B.

Fig.3 Orbital distributions of VBM and CBM for the Gamma point(isosurface 0.01 a.u.)

Fig.4 Charge density difference between Eosin Y and TiO2 with isosurface of 0.001 a.u. (A) Configuration H; (B) configuration B. The fuchsia and blue areas refer to the decreased and increased electron densities, respectively.

Fig.5 Time-dependent survival probability in Eosin Y sensitized nanostructures extended along the (101) crystallographic direction in the TiO2 anatase crystal The solid lines represent the exponential fitting to the elementary steps.

Fig.6 Densities of photoexcited electrons at 0, 5 and 50 fs for two different Eosin Y sensitized TiO2

参考文献 27

[1]	O’Regan B., Grätzel M., Nature, 1991, 353, 737
[2]	Xia H., Wang J., Jia R., Wang Q., Zhang H., Chem. Res. Chinese Universities, 2015, 31(2), 276
[3]	Motlak M., Akhtar M. S., Barakat N. A. M., Hamza A. M., Yang O. B., Kim H. Y., Electrochimica Acta, 2014, 115, 493
[4]	Mathew S., Yella A., Gao P., Humphry-Baker R., CurchodBasile F. E., Ashari-Astani N., Nat. Chem., 2014, 6, 242
[5]	Marom N., Körzdörfer T., Ren X., Tkatchenko A., Chelikowsky J. R., J. Phys. Chem. Lett., 2014, 5, 2395
[6]	Yu J., Zhang C., Zhuang J., Qin H., He Q., Liang Q., Chem. Res. Chinese Universities, 2015, 31(3), 412
[7]	Chen J., Wang M., Chem. Res. Chinese Universities, 2013, 29(3), 584
[8]	Jiao Y., Zhang F., Grätzel M., Meng S., Adv. Funct. Mater., 2013, 23, 424
[9]	Zhang F., Shi F., Ma W., Gao F., Jiao Y., Li H., J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 14659
[10]	De Angelis F., Fantacci S., Selloni A., Grätzel M., Nazeeruddin M. K., Nano Letters, 2007, 7, 3189
[11]	Tateyama Y., Sumita M., Ootani Y., Aikawa K., Jono R., Han L., J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 16863
[12]	Shklover V., Ovchinnikov Y. E., Braginsky L. S., Zakeeruddin S. M., Grätzel M., Chem. Mater., 1998, 10, 2533
[13]	Hurum D. C., Agrios A. G., Gray K. A., Rajh T., Thurnauer M. C., J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 4545
[14]	Woan K., Pyrgiotakis G., Sigmund W., Adv. Mater., 2009, 21, 2233
[15]	Kim B. M., Rho S. G., Kang C. H., J. Nanosci. Nanotechno., 2011, 11, 1515
[16]	Lazzeri M., Vittadini A., Selloni A., Phys. Rev. B, 2001, 63, 155409
[17]	Liu L. M., Li S. C., Cheng H., Diebold U., Selloni A., J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 7816
[18]	Schiffmann F., Vande Vondele J., Hutter J., Wirz R., Urakawa A., Baiker A., J. Phys. Chem. C, 2010, 114, 8398
[19]	Yu J., Fan J., Lü K., Nanoscale, 2010, 2, 2144
[20]	Kresse G., Hafner J., Phys. Rev. B, 1993, 47, 558
[21]	Kresse G., Furthmüller J., Phys. Rev. B, 1996, 54, 11169
[22]	Kresse G., Furthmüller J., Comp. Mater. Sci., 1996, 6, 15
[23]	Blöchl P. E., Phys. Rev. B, 1994, 50, 17953
[24]	Kresse G., Joubert D., Phys. Rev. B, 1999, 59, 1758
[25]	Perdew J. P., Chevary J. A., Vosko S. H., Jackson K. A., Pederson M. R., Singh D. J., Phys. Rev. B, 1992, 46, 6671
[26]	Rego L. G. C., Batista V. S., J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 7989
[27]	Li W., Rego L. G. C., Bai F. Q., Wang J., Jia R., Xie L. M., J. Phys. Chem. Lett., 2014, 5, 3992

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[1]	何鸿锐, 夏文生, 张庆红, 万惠霖. 羟基氧化铟团簇与二氧化碳和甲烷作用的密度泛函理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220196.
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[3]	刘洋, 李旺昌, 张竹霞, 王芳, 杨文静, 郭臻, 崔鹏. Sc₃C₂@C₈₀与[12]CPP纳米环之间非共价相互作用的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220457.
[4]	王园月, 安梭梭, 郑旭明, 赵彦英. 5-巯基-1, 3, 4-噻二唑-2-硫酮微溶剂团簇的光谱和理论计算研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220354.
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[7]	马丽娟, 高升启, 荣祎斐, 贾建峰, 武海顺. Sc, Ti, V修饰B/N掺杂单缺陷石墨烯的储氢研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2842.
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[9]	黄罗仪, 翁约约, 黄旭慧, 王朝杰. 车前草中黄酮类成分结构和性质的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2752.
[10]	王建, 张红星. 四配位铂磷光发射体结构与光物理性质关系的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2245.
[11]	胡伟, 刘小峰, 李震宇, 杨金龙. 金刚石纳米线氮空位色心的表面与尺寸效应[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2178.
[12]	杨一莹, 朱荣秀, 张冬菊, 刘成卜. 金催化炔基苯并二𫫇英环化合成8-羟基异香豆素的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2299.
[13]	柳扬, 李清波, 孙杰, 赵显. Ga对在AlN衬底上直接生长石墨烯的远程催化[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2271.
[14]	郑若昕, 张颖, 徐昕. 低标度XYG3双杂化密度泛函的开发与测评[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2210.
[15]	苏英立, 任海生, 李象远. 非平衡溶剂化新理论在有机染料电子光谱中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2254.

染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO₂(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究

Theoretical Studies on the Adsorption of Eosin Y on TiO₂ and the Electron Injection from Eosin Y to Counter Electrode in Dye-sensitized Solar Cell

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