Тонкопленочные системы на органических полупроводниках как функциональные модели первичных стадий фотосинтеза

• Автор: Дмитриев, Игорь Борисович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Цель работы.

Задачи работы.

Научная новизна.

Научная и практическая ценность работы

Основные положения выносимые на защиту

Апробация работы .

ГЛАВА 1. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ГЕТЕРОГЕННЫХ ПИГМЕНТНЫХ СИСТЕМАХ.

1.1. Функциональная модель первичных стадий фотосинтеза на основе пигментированных электродов. История вопроса. Развитие идеи фотоэлектрохимическою преобразователя с

использованием аналогов пигментов листьев растении.

1.2. Стабильность и вое производим осб пигментных систем как
основа получения статистически достоверных результатов.
1.3. Зависимость фотоактивности пигментированных электродов модельных фотоэлектрохимических систем от соотношения работ выхода электрона из подложки и пигмента и природы
центрального атома пигмента.
1.4. Влияние температурных режимов напыления пигмента на параметры сэндвичячеек, содержащих фталонианин.
ГЛАВА 2. КИНЕТИКА ФОТОПОТЕНЦИАЛА И ФОТОТОКА, ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОДОВ И НАГРУЗОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ.
2.1. Кинетика фотоотклика и поляризация фотовольтаического элемента.
2.2. Нагрузочные и поляризационные характеристики тонкопленочного фотовольтаического элемента.
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВЯЗИ ФОТОАКТИВНОСТИ ПИГМЕНТНЫХ ПЛЕНОК С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В МОЛЕКУЛАХ.
3.1. У величенне фогоактивности пигментных пленок при переходе от структуры гетрабензнорфирина к структуре фталопианина путем последовательного азазамещения.
3.2. Влияние заместителей в макрокольце тетраниррольных соединений на параметры пигментированных электродов.
3.3. Влияние заместителей в бензольных кольцах АСф а. оцнани на на фотовольта и ческую активность пленок пигмента н распределение электронной плотности в молекулах
3.4. Изменение фогокаталитической активности фталоцианинов в реакции восстановления кислорода при экстракоординацни лигандов
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОТОЬИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
4.1. Фоговолыаическая система для исследования фогобиологических процессов с электролитом на основе гидрогеля.
4.2. Восстановление флавинмононуклеотида ФМН в фотогальвановольтаическом элементе на основе фталоцианина
4.3. Моделирование процесса фотофосфорилировании АДФ до АТФ в ирисугствии неор аническчн о фосфата в фотогальвановольтаическом элементе на основе фталоцианинов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Ни один из обсуждаемых подходов не вышел на уровень промышленного способа конверсии солнечной энергии, но наибольшие перспективы имеет фотоэлектрохимический метод с использованием гетерогенных полупроводниковых систем. На рис. Как и все теоретические оценки это не является абсолютным показателем отбора, но все же отметим, что большинство органических полупроводников, имеющих ширину запрещенной зоны в пределах ДЕ 1,,8 эВ соответствуют критериям оптимального отбора, причем в наибольшей степени тетрапиррольные соединения порфирины и фталоцианины АЕ 1,6 эВ. Исходя из вышеизложенного кратко сформулируем основные положения, позволяющие предложить к рассмотрению настоящую работу. Актуальность темы. В последнее время при исследовании фотосинтезирующих систем все чаше применяются функциональные модели, воспроизводящие отдельные стадии или реакции суммарного процесса. При этом большое внимания уделяется фотокаталитическим преобразователям с пигментными пленками, обеспечивающим накопление энергии в продуктах фотоэлектрохимических ФЭХ реакций. Среди применяемых пигментов особое место занимают соединения, сходные по структуре с пигментами листа и обладающие высокой термо, хемо и фотостойкостыо син тетические порфирины и фталоцианины. Де1. Рисунокв1. Спектр солнечного излучения и кривые, определяющие величину энергии излучения с данной длиной волны, используемую для генерации пар электрондырка в различных полупроводниках. НАДН2, НАДФН2, АТФ с выделением свободного кислорода до сих пор не решена. Кроме того, в любой биологической системе протекает множество окислительно восстановительных процессов с участием тетрапиррольных соединений, в частности дыхание, где особую роль играет взаимодействие кислорода с пигментами. В последнее время большое значение приобрели гак же исследования по фотодинамическим эффектам, применяемым при лечении онкологических заболеваний. Однако экспериментальная и теоретическая база всех перечисленных направлений развиты совершенно недостаточно. В связи с этим в работе развито новое направление в науке фотоэлектрохимическими, спектральными, эмиссионными и другими методами исследованы фотовольтаические свойства пленок около синтетических аналогов хлорофилла фталоцианинов и порфиринов. На основе полученных данных установлена феноменологическая связь между распределением электронной плотности в молекулах пигмента и фотоэлектрохгшической активностью пигментных пленок, разработана и оптимизирована функциональная модель первичных стадий фотосинтеза, получен высокий квантовый выход восстановительных реакций на поверхности пигментных пленок, проведена реакция искусственного фосфорилирования, обобщены полученные закономерност и. Цель работы исходя из потребностей энергетики разработать основы нового направления в науке преобразование солнечной энергии в системах, построенных на принципах функциональных моделей фотосинтеза растений, установить связь между структурой фотоактивных пленок и распределением электронной плотности в молекулах пигмента повысить квантовый выход но току фотоэлектрохимических пигментных систем и провести фотостимулированные реакций восстановления биологически активных веществ с накоплением энергии. Изучить зависимость фотоактивности пигментных пленок от контактных явлений в системе металлпигментная пленкаэлектролит, молекулярной структуры пигментов. Установить связь между фотоэлектрохимической активностью пигментных пленок и строением молекул пигментов, включая распределение электронной плотности в макрокольце и на периферии молекул. Определить факторы, ограничивающие увеличение квантового выхода по току и к. Провести реакцию фотофосфорилирования АДФ до ЛТФ под действием видимого света в присутствии неорганического фосфата, моделирующую процесс накопления энергии при фотосинтезе. Научная новизна. Определена зависимость фотоактивности пленок фталоцианинов от соотношения работ выхода электрона из подложки и пигмента, природы центрального атома и вида его связи с лигандом. Исследована зависимость фотокаталитических и полупроводниковых свойств тонких пленок тетрабензпорфиринов СИпТВР, СЮаТВР, 2пТВР, Н2ТВР и их азапроизводных от распределения электронной плотности в макрокольце молекул.