5 December 2023, 19:30

Российские ученые нашли способ повысить эффективность фотосенсибилизаторов

Циклометаллированные комплексы иридия(III) привлекают огромное внимание главным образом благодаря своим выдающимся фотофизическим свойствам, которые, наряду с повышенной прочностью и синтетической доступностью, предопределяют их применение в качестве фотокатализаторов, излучателей в органических светодиодах и фотосенсибилизаторов в солнечных элементах. Разнообразие органических лигандов, объединяемых вокруг иона иридия, позволяет модулировать оптические свойства получаемых комплексов в достаточно широких пределах. Однако влияние конкретных заместителей зачастую зависит от их положения и является не вполне очевидным. В данной работе удалось выявить эффект заместителей различной природы на оптические свойства и эффективность фотоанодов для солнечных элементов на их основе.

Российские ученые нашли способ повысить эффективность фотосенсибилизаторов

Установлено, что влияние заместителей в циклометаллированных лигандах на оптическое поглощение комплексов ограничено в контексте его эффективности для создания возбужденных состояний, из которых возможна эффективная инжекция электронов в зону проводимости полупроводника. В частности, включение сильных электроноакцепторных групп в циклометаллированное кольцо способствует внутрилигандным переходам с переносом заряда. Поэтому возбужденные состояния не локализуются на дополнительном лиганде и, таким образом, вряд ли подходят для эффективного переноса заряда в солнечных элементах. С другой стороны, сильный электронодонорный пиперидиновый заместитель во вспомогательном дикетонатном лиганде также приводит к интенсивному поглощению, обеспечивая направленность переноса заряда, которая способствует формированию желаемой локализации возбужденного состояния. Однако соответствующий комплекс проявляет необратимое окислительно-восстановительное поведение и, таким образом, не может быть использован в качестве фотосенсибилизатора в солнечных элементах.

Тем не менее, маневрирование между требуемыми фотофизическими характеристиками, желаемой локализацией возбужденного состояния и фундаментальными ограничениями на выбор заместителей позволило нам найти наилучшую комбинацию изученных лигандов для создания одного из наиболее эффективных фотосенсибилизаторов на базе циклометаллированного комплекса иридия(III). Такой комбинацией стали 2-(3-метоксифенил)-N-фенилбензимидазол в качестве циклометаллированного лиганда и вспомогательный дибензоилметан, симметрично функционализированный двумя ‘якорными’ карбоксиметильными группами. Такой дикетонатный комплекс, будучи сорбированным на фотоаноде, показал более чем в два раза большее время жизни носителей заряда (и более высокую общую эффективность) по сравнению с аналогичным комплексом со стандартным 4,4'-дикарбокси-2,2'-бипиридином в качестве ‘якорного’ лиганда.

Таким образом, показано, что для разработки эффективных фотосенсибилизизаторов на основе циклометаллированных комплексов иридия(III) критически важным является не только увеличение светопоглощения в видимой области, но и обеспечение направленного переноса заряда на дополнительный лиганд, ближе к поверхности полупроводника.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-23-01171).

Source:  Пресс-служба ИОНХ РАН

News article publications

Read also

Учёные разработали модель растворителей для магний-ионных аккумуляторов
Физики из МФТИ и ОИВТ РАН показали, как корректно рассчитывать эффективность аккумуляторов из новых материалов методом компьютерного моделирования. Они предложили теоретическую модель взаимодействия проводящих ионов с окружающим растворителем и электродом. Методику можно использовать для поиска оптимальных растворителей и точного расчета характеристик аккумуляторов.
Electrochemistry
Mathematical modeling
Quantum Chemistry
31 August 2023
Учёные разработали гидрогели, затвердевающие при воздействии света
Ученые предложили новый подход к синтезу альгинатных гидрогелей — упругих материалов на основе полимеров из водорослей. Их можно использовать в качестве клея, а также основы для 3D-печати медицинских изделий. Согласно авторской методике, чтобы получить гидрогели с регулируемой прочностью, нужно просто выдержать на свету водный раствор альгината и комплексного соединения железа.
"Smart" materials
Chemistry of coordination compounds
Inorganic chemistry
17 August 2023
Предложен простой и быстрый способ синтеза нанокристаллов борида кобальта
Вещество может применяться в качестве антикоррозионного и износостойкого покрытия для металлических деталей, а также как катализатор для получения водорода и кислорода
Chemistry of coordination compounds
Inorganic chemistry
Synthesis
21 March 2023
Получены и охарактеризованы бис-P,P-хелатные комплексы меди(I)
Фотофизические измерения показали, что полученные комплексы имеют три полосы эмиссии с максимумами при 355, 420/435 и 480/490 нм.
Chemistry of coordination compounds
Inorganic chemistry
Synthesis
17 October 2022
Подборка статей российских ученых за май (часть 1)
Мы запускаем новую рубрику, в которой будем публиковать статьи российских ученых, опубликованных в топовых научных журналах за последнее время. В первой части мы подобрали 25 статей, опубликованных в мае в журналах издательства American Chemical Society (ACS)
Chemistry of coordination compounds
Chemistry of high molecular weight compounds
Crystal chemistry
Inorganic chemistry
Materials Science
Nanotechnology
Organic Chemistry
Petrochemicals
Physical Chemistry
Proteomics
30 May 2022
Ученые синтезировали новые минералоподобные фосфаты для создания аккумуляторов
Авторы синтезировали новые фосфаты: в широких каналах кристалла, сходного структурой с природным минералом элленбергеритом, заключены катионы никеля и натрия.
Electrochemistry
Geology
Inorganic chemistry
Materials Science
5 May 2022