随着社会的发展,能源需求量和传统化石能源的消耗量与日俱增,寻找可替代能源供应引起了工业和学术界极大的关注。太阳能具有污染小、来源丰富等特点,是自然界最重要的可再生能源之一。据统计,预计到2050年太阳能的利用将占主导地位,成为科技发展的主要能源。染料敏化太阳能电池（DSSCs）应运而生,其具有低成本、高能量转换效率等优点,可以将太阳能直接转换为电能加以应用,其中染料敏化剂对提高太阳能电池的光电转换效率起着至关重要的作用,所以对这类功能材料的研究受到科学界的高度关注。近年来以铼、钌配合物为基础的染料敏化剂得到了广泛的研究,但其光电转换效率仍然较低,因此开发高性能的染料敏化剂是目前的研究热点。铼（Ⅰ）配合物的室温磷光量子产率和热稳定性较高、激发态寿命较短,因此对铼（Ⅰ）配合物的结构修饰和性能调控将有利于筛选出性能更好的染料敏化剂。本文是在实验合成母体铼（Ⅰ）配合物的基础上,通过改变不同位置上的取代基和羧基配体来研究铼（Ⅰ）配合物的性能,利用量子化学计算方法,从分子的微观电子组态出发,考虑溶剂化作用,探讨分子的基态、激发态、前线分子轨道、吸收光谱和相关的理论参数的性质,以及分子与TiO₂相互作用的界面电荷转移特性,从本质上揭示了分子的几何构型与光电性质的联系,理论上预测了铼（Ⅰ）配合物的性能,为设计合成高效的新型染料敏化剂提供一定的方向。主要内容如下:1.通过在母体铼（Ⅰ）三羰基二亚胺配合物Re（CO）₃（N^N）[C≡C–C₆H₄–CHC（CN）（COOH）],N^N=1,10-Phenanthroline（phen）（1）的不同辅助配体上添加不同的供电子基团（-CH₃、-NH₂、-OH）和吸电子基团（-Br、-Cl、-NO₂）,设计了一系列的配合物。采用DFT/TDDFT方法研究了其作为孤立染料,以及染料与TiO₂（101）表面结合的电子结构和光谱性质的影响。结果表明,所有设计配合物的几何结构相似,电子结构有些许差别,在辅助配体上官能团的不同能显著影响LUMO轨道的能级,进而影响轨道能级差,改变染料的吸光能力和光电转换效率。分析表明配合物1,a3,b1,b3,c1和c3有较小的能级差,更好的光捕获能力,足够的驱动力和更高的电荷转移效率,可作为合适的敏化剂。此外,染料分子与TiO₂（101）表面结合,电子能够直接从染料分子注入到TiO₂导带,不仅减少了体系的能级差,而且在吸收光谱范围内发生了红移,在可见光区能够获得更好的吸收。2.用DFT/TDDFT方法研究了羧基在喹啉配体上连接的数目和位置的不同对含炔基-喹啉配体的铼（Ⅰ）三羰基配合物Re（CO）₃（^tBu₂bpy）（H_nL）（L=-C≡C-Quin-8-OCOOH）（1）（n=1,a1-a5;n=2,b1-b5）的电子结构和光谱性质的影响。研究表明,羧基的数目和位置的不同对HOMO轨道有显著的影响,进而改变了染料分子的光电转换能力。与母体1相比,所有设计配合物的吸收光谱都发生了红移,说明它们都有较好的光吸收能力。综合前线分子轨道、吸收光谱和其他参数对比分析,可得配合物1,a2和b2可作为较好的染料敏化剂,进而也表明羧基位置对染料的性能影响较大。