劉忠范

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

(a) C210、(b) C214和(c) C216吸附在TiO2薄膜上的時間分辨發(fā)光光譜。(d) C210、(e) C214和(f) C216：全局分析獲得的演化相關(guān)發(fā)光光譜(EAPL)。(g) C210、(h) C214和(i) C216：歸一化的演化相關(guān)發(fā)光光譜(normalized EAPL)。染料C210、C214和C216波長相關(guān)的平均時間常數(shù)：(j) THF溶液、(k) PhMe溶液、(l) PMMA薄膜表面、(m) PS薄膜表面、(n) 氧化鋁表面吸附、(o) 二氧化鈦表面吸附

超 快 時 間 分 辨 光 譜 (ultrfast time-resolved spectroscopy)在飛秒甚至皮秒至納秒時間尺度通過光譜技術(shù)探究超快的物質(zhì)運動和變化，可用于研究激發(fā)態(tài)、過渡態(tài)的的瞬時結(jié)構(gòu)變化和能量變化，可以獲得化學(xué)反應(yīng)的實時物理圖象。該技術(shù)誕生于1987年，并于1999年獲得諾貝爾化學(xué)獎1,2，目前已廣泛應(yīng)用于分子激發(fā)態(tài)、光化學(xué)反應(yīng)、光電光伏材料中的能量轉(zhuǎn)移和電荷轉(zhuǎn)移、納米材料瞬態(tài)過程表征、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域。

染料敏化太能電池中，二氧化鈦/染料/電解質(zhì)界面光伏轉(zhuǎn)換與電荷轉(zhuǎn)移是其核心過程，研究染料分子吸收光后產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的吸收和發(fā)射光譜的超快動力學(xué)特征對優(yōu)化材料設(shè)計、理解光伏轉(zhuǎn)換具有重要價值3-10。

最近，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所董獻堆課題組和天津理工大學(xué)張敏教授合作，使用超快時間分辨光譜研究了核心共軛基團分別為并呋喃、并噻吩及并硒酚的三個有機染料C210、C214和C216的激發(fā)態(tài)及電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。通過在四氫呋喃(THF)及甲苯(PhMe)溶液、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚苯乙烯聚合物(PS)、離子液體電解質(zhì)為Z952-CBSO的氧化鋁及二氧化鈦薄膜等多種不同媒介中的激發(fā)態(tài)動力學(xué)對比研究，發(fā)現(xiàn)伴隨電荷分離和注入過程，非平衡激發(fā)態(tài)會發(fā)生分子內(nèi)分布馳豫，表現(xiàn)為超快熒光上的動態(tài)斯托克斯位移現(xiàn)象，平衡激發(fā)態(tài)對電荷分離和注入過程有最大貢獻。該研究工作近期已在物理化學(xué)學(xué)報上在線發(fā)表(doi: 10.3866/PKU.WHXB201709082)11。該工作對研究激發(fā)態(tài)馳豫變化過程對染料分子設(shè)計、理解染料敏化太陽電池機理、優(yōu)化器件性能的影響提供了幫助。

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(11) Liu, J.; Huo, J.; Zhang, M.; Dong, X. Acta Phys. -Chim. Sin.2018, 34, 424. [劉嬌, 霍繼存, 張敏, 董獻堆. 物理化學(xué)學(xué)報, 2018, 34, 424.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201709082