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纳米染料敏化太阳能电池的优越性能是其它种类光电化学太阳电池无法相比的,而多吡啶钌配合物由于其热力学稳定性好、光化学光物理信息丰富、激发态反应活性高和寿命长及发光性能良好等特性,目前已成为最有前景的敏化剂。在染料敏化纳米TiO2太阳电池中,多吡啶钌配合物捕获太阳光跃迁到MLCT态,并经由此态快速地向TiO2导带注入电子,自身被氧化成为钌(Ⅲ)配合物。已知钌(Ⅲ)多吡啶配合物具有非常强的氧化能力,能够对DNA造成有效损伤。为此,我们选用了具有较好吸附性的钌卟啉,研究了其光电化学性能及在纳米TiO2电极的吸附特性,并把钌化卟啉和联吡啶钌应用于DNA和次嘌呤的电氧化。
在第一章中,首先介绍了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理,重点介绍了太阳能电池中理想敏化剂的客观要求及其研究进展。然后介绍了钌配合物的光敏性能、光致发光性能及其电化学性能,总结了钌配合物在DNA损伤修复中的应用,最后说明了本论文研究的目的与意义。
在第二章中,介绍了本论文实验过程中所用的仪器、试剂以及实验方法和理论分析。
在第三章中,应用循环伏安法、紫外可见光谱等技术研究了钌化卟啉在ITO电极和TiO2/ITO电极上的电化学行为和吸附稳定性,着重研究了钌卟啉在修饰电极上的光电性能。结果表明,溶液相钌卟啉表现出很好的氧化还原活性,电极上的反应体现出扩散控制的特征,而钌化卟啉在ITO电极和TiO2/ITO电极上呈现出较好的吸附性,并电极反应表现为表面电化学控制。光照下,钌化卟啉在修饰电极上的氧化峰电流有较大的增加,同时也测量到了比较大的开路电压和短路电流,一方面是TiO2纳米颗粒受369nm波长光照的影响,另一个原因是光照下的纳米TiO2有利于它与激发态钌配合物间的光诱导电子转移。在第四章中,在研究钌化卟啉在纳米TiO2修饰电极上的吸附性和电化学活性的基础上,应用循环伏安法和微分脉冲伏安法研究了修饰电极上钌化卟啉与溶液中DNA的相互作用及光照的影响。结果表明,修饰电极上的钌化卟啉与溶液中的DNA有一定的相互作用,但没有表现出对DNA的电催化氧化作用。即使在光照下,纳米TiO2与钌配合物的光诱导电子转移作用也不能增强其对DNA的电氧化损伤作用,主要的原因是钌卟啉中Ru(Ⅲ)的还原电位较负和表面过程控制有关。
在第五章中,选用氧化还原电位较正和吸附性能较弱的三联吡啶钌,应用循环伏安、旋转环盘电极实验、红外、单晶衍射和荧光显微镜等技术研究了联吡啶钌在旋转铂电极上对次黄嘌呤的电催化氧化,并探究了其电催化氧化的机理。结果表明,三联吡啶钌在铂电极上吸附较弱,对次黄嘌呤有明显的电催化氧化作用,其氧化峰电流随次黄嘌呤的浓度增加而增大,次黄嘌呤的氧化产物受电极的状态以及浓度的影响,且氧化产物在旋转电极下吸附毒化较静止电极严重。