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《The European Physical Journal Plus》（JCR Q2，IF:3）上发表了题为“Theoretical investigation of phenoxazine-based D–π–A sensitizers: cooperative effects of donor engineering and BF₂ incorporation on photophysical and photovoltaic properties”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李永春，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），系统研究了供体工程与BF₂引入对D-π-A型吩噁嗪染料的协同效应。研究设计了六种新型吩噁嗪敏化剂分子（A、A'、B、B'、C、C'），通过改变供体取代基（-H、-OH、-OCH₃）并在受体端引入BF₂官能团，系统揭示了供体给电子能力与BF₂基团对分子几何结构、前线分子轨道（FMO）、静电势分布及电荷转移特性的协同调控机制。
图1. 染料太阳能电池工作原理
结果表明，供体取代基的引入有效调控了分子内扭曲角，抑制了分子间聚集并增强了电子耦合；而BF₂的引入则显著稳定了LUMO能级并拓宽了吸收光谱，同时诱导了显著的分子极化效应。两者的协同作用大幅提升了激发态下的电荷分离效率（染料C'的DCT达5.738 Å，Sr降至0.513），延长了激发态寿命（C'为9.18 ns），并赋予了分子良好的激发态动力学特征。
图2. 染料分子激发态下空穴和电子质心的分布
在设计的六种染料中，具有强给电子基团-OCH₃且同时引入BF₂的染料C'展现出最优的综合光伏性能。其不仅具备最大的电荷转移距离和最小的空穴-电子空间重叠度，还拥有最长的激发态寿命。该研究揭示了吩噁嗪类染料中供体取代基与受体BF₂官能团的“多位点协同调控”机制，阐明了分子结构、界面电荷转移动力学与光伏性能之间的内在构效关系，为未来高效、无金属有机染料敏化剂的理性设计提供了重要的理论指导。
本研究获得新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(No. 2023D01A40)、新疆高校科研项目(No. XJEDU2023J030)、天山英才项目（No. 2024TSYCCX0064）、新疆自治区优秀青年基金项目（No. 2022D01E12）、新疆师范大学青年拔尖人才计划（No. XJNUQB2022-16）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-026-07499-7
