Triogerio bazės fragmentą molekulės centre turinčių dažiklių, skirtų efektyvių saulės elementų konstravimui, sintezė (SAULĖ)

 

Projekto nr.: MIP-105/2015
Projekto tinklapis: https://ktu.edu/projects/triogerio-bazes-fragmenta-molekules-centre-turinciu-dazikliu-skirtu-efektyviu-saules-elementu-konstravimui-sinteze-saule/

Projekto aprašymas:

Po to, kai M. Grätzel aprašė rutenio komplekso dažikliais sensibilizuotus saulės elementus (SE, angl. DSSC), mokslininkų susidomėjimas šiomis naujomis technologijomis vis auga. Bemetalių organinių junginių sintezė, lyginant su organinių metalų kompleksų gavimu, yra paprastesnė, o patys įrenginiai pasižymi konstrukcijos paprastumu bei nebrangiomis žaliavomis. Pasiektas 12,5% šviesos konversijos efektyvumas naudojant karbazolo dažiklį ADEKA-1 įrodė, jog bemetaliai organiniai dažikliai gali konkuruoti su brangiais metalų kompleksais. Norint pagerinti SE našumą, būtina optimizuoti organinių dažiklių struktūrą. Iš literatūros duomenų žinoma, kad „inkarinių“ grupių kiekis ir/arba ?-konjugacijos didinimas gerina dažiklio ekstinkcijos koeficiento vertę, t.y. didina dažiklio efektyvumą.

Šio projekto tikslas –organinių dažiklių, molekulių centre turinčių Triogerio bazės (TB) fragmentą, o šoninėse grandinėse spalvą nulemiančius chromoforus, sintezė bei jų fotofizikinių savybių tyrimas tikslu gauti efektyvius saulės elementus. Tikslui pasiekti buvo numatyti šie uždaviniai: i) ištirti dažiklių pirmtakų triogerio bazės darinių funkcionalizavimo būdus, sukuriant ekonomiškus jų sintezės būdus; ii) susintetinti bei ištirti organinius dažiklius, molekulių centre turinčius Triogerio bazės fragmentą, o šoninėse grandinėse du chromoforus su karboksigrupėmis, galinčiomis sąveikauti su TiO2 elektrodu, kiekviename; iii) susintetinti nelinijinės struktūros organinius dažiklius, molekulių centre turinčius Triogerio bazės fragmentą, o šoninėse grandinėse – du skirtingus chromoforus, sąlygojančius plačią šių dažiklių elektromagnetinės spinduliuotės absorbciją; iv) ištirti susintetintų organinių dažiklių fotofizikines savybes, įvertinant jų galimybes saulės energijai konvertuoti į elektros.

Projekto finansavimas:

Lietuvos mokslo tarybos parama moksliniams tyrimams, Mokslininkų grupių projektai

Projekto rezultatai:

Parodyta, kad Triogerio bazė yra puikus nelinijinės struktūros organinių dažiklių su dviem „inkarinėm“ grupėmis, galinčiomis sąveikauti su TiO2 elektrodu, prekursorius. Susintetinti nelinijinės struktūros organiniai dažikliai tiek organiniuose tirpikliuose, tiek ant TiO2 paviršiaus regimąją šviesą sugeria plačiame diapazone (400-700 nm), kas yra palanku efektyviam saulės elementų sensibilizavimui. Šiuose dažikliuose, ilgėjant konjuguotai dvigubų jungčių grandinei jungiančiai trifenilamino donorą ir rodanino akceptorinį fragmentą, taip pat didėja absorbcijos ir emisijos spektro maksimumų skirtumas (Stokso poslinkis). Naujų dažiklių energetiniai lygmenys (HOMO ir LUMO) yra palankūs Saulės energijai konvertuoti į elektrą Grecelio tipo saulės elementuose. Dviejų „inkarinių“ grupių nelinijinės struktūros organiniuose dažikliuose, kurių dvi chromoforines sistemas jungia Triogerio bazės fragmentas, įtaka saulės elementų efektyvumui, priklauso nuo polimetininių grandinėlių, jungiančių donorus bei akceptorius, ilgio bei prigimties. Įdomu tai, kad donorinius fragmentus turintys Triogerio dariniai gali būti panaudoti ne tik krūvininkus generuojančių dažiklių sintezėje, bet ir kaip krūvininkus transportuojančios medžiagos bei tokių medžiagų pirmtakai. Todėl, tiriant Triogerio bazės fragmentą turinčius dažiklius, lygiagrečiai buvo įvertintas šių dažiklių donorinių pirmtakų geba transportuoti teigiamus krūvininkus.
Projekto rezultatai atspausdinti trijuose straipsniuose aukšto reitingo žurnaluose Chem. Asian J. (IF=4,592), J. Phys. Chem. C (IF=4,536) bei Dyes and Pigments (3,473). Visi šie žurnalai yra pirmoje savo srities kvartelėje (Q1). Žurnale Dyes and Pigments atspausdintas straipsnis „A structural study of Troger’s base scaffold-based dyes for DSSC applications“ Kanadoje reziduojančios oragnizacijos „Advances in Engineering (AIE)“ atrankos komisijos sprendimu paskelbtas kaip publikuojantis svarbų inovacijos sprendimą inžinerijos moksle („a key scientific article contributing to excellence in science and engineering research“) (March 8, 2018, https://advanceseng.com/chemical-engineering/structural-study-trogers-base-scaffold-based-dyes-dssc-applications/).

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2015-07-01 - 2018-03-31

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas