《Nature Chemistry》报道新型铁基有机光敏化合物材料

太阳能无疑是满足人类能源需求最环保的途径，但是当前以半导体硅为原料的太阳能电池的材料价格以及转换效率都不太令人满意，于是很多材料科学家和化学家们都在探索其它更好的替代品。

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染料敏化太阳能电池（DSSC）利用能够吸收光子的有机染料分子，收集太阳能并将其传输到邻近的半导体粒子上，从而产生电流。这种材料引起了科学家们的极大关注，因为它们具有在低成本条件下满足快速增长的全球能源需求的巨大潜力。在DSSC中，阳光首先被表面一层有机染料分子吸收，然后这些达到激发态的光敏分子将激活的电子输入连接在这些染料分子上的半导体粒子（如TiO2）上，电子从这些半导体粒子再迁移到电极就产生了电流。

目前这类光敏染料分子中的佼佼者是钌基化合物，它们具有非常优秀的光电转换属性。但是钌的应用也有明显的缺点，它产量稀少、价格昂贵，而且有毒。因此人们把目光投向了廉价易得的铁基化合物。

但是到目前为止研究的铁化合物，其中包括多吡啶铁，也有很多别的缺点。例如，这些化合物产生激发态电子的产率很低（称为电子注射率），而且其激发态的寿命（即其处于激发态的时间范围）太短，以至于电子只有很小的几率在回到基态之前被注入到二氧化钛粒子中。

最近，瑞典隆德大学的一个研究团队报告了一个铁基含氮杂环卡宾光敏分子来解决这个问题。这个络合物分子的激发态寿命是铁基多吡啶络合物的约1,000倍。这种铁络合物还具有92％的注射率（钌络合物具有接近100％的注射率）。

这个团队评估了各种配体的铁基络合物，尤其还比较了经过羧基官能化和未官能化的络合物形式，用一系列光谱技术来分析这些分子。他们发现，相对于未官能化的化合物，羧基功能化显著延长了可进行电子转移的激发态寿命。在溶液中时，此激发态寿命加倍，而当其被固定在固体中时，其激发态寿命是非官能化络合物的四倍。研究人员还发现，该络合物是从一个长寿命低能态注入电子，而不是从一个较短寿命的高能态。

美国罗格斯大学研究功能性半导体材料的化学家Elena Galoppini评论说，这种二价铁络合物性能的突破可能会引发人们对此类光敏化合物分子重新产生兴趣。“这样，许多研究团队会持续努力调整铁（II）络合物的激发态性质，积累下来的结果可能最终能够使铁这种地球上资源丰富的材料，成为制造太阳能电池的原料。”

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2365.html