通过噻吩基π扩展配体调节Fe(II)–NHC敏化剂的电子性质

《Dalton Transactions》：Tuning the electronic properties of Fe(II)–NHC sensitizers with thienyl π-extended ligands

Fe(II)–NHC敏化剂通过调控噻吩π扩展配体设计提升DSSCs性能，研究显示NS158、NS271等复合物的PCE达1.32%-1.5%，但电荷转移效率与光吸收存在平衡关系。

　　

设计了一种含有融合噻吩结构以及羧基或噻吩基氰基丙烯酸官能团的异咯铁(II)–NHC敏化剂NS158、NS271和NS252，旨在通过DSSC中的HOMO反转增强光捕获能力。这些复合物在溶液状态下以及固定在TiO₂光阳极上时，通过电化学测量、瞬态吸收光谱和从头算计算进行了全面表征。所有使用这些敏化剂的DSSC样品在18 μm光阳极上的光电转换效率均不低于1%。其中，NS252敏化剂结合了噻吩基氰基丙烯酸官能团和融合的二噻吩结构，具有最宽的吸收范围（可达750 nm），但光电转换效率（IPCE）最低（25%），光电转换效率（PCE）为1.07%，光电流为4.8 mA cm^?2。而NS158和NS271分别含有二噻吩结构和三噻吩结构，并与羧基官能团相连，其光电转换效率分别为1.32%和0.93%，光电流分别为5.75 mA cm^?2和4.67 mA cm^?2。最佳的光电转换效率（1.5%）和光电流（6.46 mA cm^?2）是由含有单个噻吩结构的ARM15敏化剂实现的。尽管增加的共轭结构提高了材料的宽光谱特性，但同时也显著降低了激发态的方向性，使得电荷分布偏离了锚定位点，从而降低了电荷注入TiO₂的效率。这项工作强调了在设计基于铁(II)的DSSC敏化剂时，需要在光捕获能力、激发态寿命和界面电荷转移效率之间找到微妙的平衡。