近日，物理与电子工程学院、新疆发光矿物与光功能材料重点实验室布玛丽亚·阿布力米提教授与向梅教授团队在国际学术期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》（JCR Q2，IF:3）上发表了题为“Synergistic modulation of composite donors and π-spacers in porphyrin sensitizers for enhanced charge transfer and photovoltaic efficiency: a DFT/TD-DFT study”的学术论文。该论文的通讯作者为布玛丽亚·阿布力米提教授和向梅教授，第一作者为硕士研究生杨楠，新疆师范大学为第一完成单位。
该研究采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）方法，系统研究了复合给体工程与π-桥调控对D-π-A型卟啉染料的协同效应。研究设计了五种新型卟啉敏化剂分子（L、T、T-L、TO-L、T-LD），通过将三苯胺、吲哚啉、甲氧基修饰及乙炔π-桥进行组合，系统揭示了复合给体结构与π-桥工程对电子结构、界面电荷转移及光伏性能的协同调控机制。
图 1 染料电池工作方案以及工作原理
结果表明，甲氧基修饰的复合给体染料（TO-L）展现出最优的综合光伏性能：其不仅具备最有利的电子注入驱动力（ΔGin = -2.24 eV）和极低的再生能量损失（ΔGre = 0.06 eV），其成功关键是甲氧基的给电子效应增强了给体-受体推拉效应，将总重组能降至0.41 eV；同时诱导TiO2导带发生有利的上移，并保持足够的实际电子注入驱动力（ΔG0 = 0.73 eV）还通过界面偶极效应有效抑制了电荷复合，理论光电转换效率高达10.10%。此外，研究揭示了高度共轭体系中“光谱-电压”的权衡机制，指出单纯延长π共轭（如引入乙炔桥）虽能红移吸收光谱，但会导致电子过度离域，并削弱实际注入驱动力。该研究成果阐明了给体强度、导带对齐与界面电荷转移动力学之间的协同优化机制，为未来高效卟啉敏化剂的理性设计提供了重要的理论指导。
图 2模拟所得的理想分子光电流分布图（灰色线条表示AM 1.5G太阳光谱辐照度）
本研究获得新疆维吾尔自治区自然科学基金面上项目(No. 2023D01A40)、新疆高校科研项目(No. XJEDU2023J030)、国家自然科学基金项目(No. 22363011)、天山英才项目（No. 2024TSYCCX0064）、中国科学技术大学-新疆师范大学对口合作发展联合基金（No. XJNULH2503）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1039/d6cp01354f
