由偶氮-偶氮甲炔配体制备的Mn2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Fe3+和Ru3+复合薄膜的光学和介电性质，及其在光伏应用中的潜力

《Journal of Molecular Structure》：Optical and dielectric properties of Mn2+, Co2+, Ni2+, Zn2+ Fe3+, and Ru3+, complex films derived from Azo-azomethine ligand for photovoltaic applications

设计合成偶氮偶胍配体及其金属络合物，通过光谱、热分析和DFT计算验证配位模式及光学特性，发现配体以单齿双齿形式与不同金属离子结合，形成 distorted octahedral 或 tetrahedral 结构，光学带隙随金属离子不同呈现规律性变化，适用于UV屏蔽和光电器件。

　　

W.N. El-Sayed | M.M. Ebrahium | M. Mohery | J. Alkabli | Anas J. Rasras | K.A. Aly

沙特阿拉伯吉达大学Alkamel应用学院化学系

摘要

1. 本研究重点设计和表征了一种含有杂环三唑结构的偶氮-偶氮甲基胺配体（简称H?L, 1）。这种配体因其潜在的光学和电学特性以及灵活的配位行为而具有吸引力，使其成为功能性材料应用的理想选择。我们采用了一种简单的等摩尔方法制备了该配体及其与Mn2?、Co2?、Ni2?、Zn2?、Fe3?和Ru3?形成的配合物。通过元素分析、热分析、摩尔电导率、磁化率以及光谱技术（UV–Vis、FT-IR、NMR和质谱）对其结构进行了研究。利用密度泛函理论（DFT/B3LYP/LanL2DZ）优化了分子几何结构并评估了电子性质；同时测定了其在233–2500 nm范围内的光学参数。结果表明，H?L配体通过偶氮甲基胺中的氮原子和未质子化的羟基氧原子与Ni2?、Co2?、Mn2?、Zn2?、Fe3?和Ru3?离子形成单齿螯合物，其几何构型为四面体或畸变的八面体。该配体的带隙从H?L的3.42 eV降低到Fe3?配合物的2.44 eV，相应的折射率也呈现相反的趋势。高带隙配合物（约3.4 eV）适用于紫外屏蔽层和透明导电应用，而低带隙样品（约2.4–2.8 eV）则可用于可见光光检测、光催化和需要中等光吸收的能源相关设备。

章节摘录

引言

随着对可再生能源和替代能源需求的增加，可负担的能源转换和储存技术得到了发展[1]。太阳能电池在将太阳能转化为电能方面发挥着关键作用。虽然提高生产效率至关重要，但能源储存和传输问题也需要解决。电容器和电池是常见的电化学储能装置示例。

材料

所用溶剂（无水乙醇和DMSO，纯度99.9%）购自Merck或Sigma-Aldrich，无需进一步纯化。1H-1,2,4-三唑-5-胺、2-羟基苯甲醛（纯度99%）、4-氯苯胺（纯度99%）、NaNO?（纯度97%）和HCl（纯度37%）均购自Merck；FeCl?·6H?O（纯度99%）、RuCl?·3H?O（纯度99%）、Mn(CH?COO)?·4H?O（纯度99.99%）、Co(CH?COO)?·4H?O（纯度98%）、Ni(CH?COO)?·4H?O（纯度99.99%）和Zn(CH?COO)?·2H?O（纯度99.9%）购自Sigma-Aldrich。

结果与讨论

表S1列出了偶氮-偶氮甲基胺（H?L, 1）及其与Ru3?、Fe3?、Zn2?、Ni2?、Co2?和Mn2?形成的配合物的物理性质和微观分析数据。H?L与Ru3?、Fe3?、Zn2?、Ni2?、Co2?和Mn2?盐反应，生成了通式为[M(HL)Cl?(H?O)?]（其中M=Fe3?或Ru3?，X=Cl）和[M(HL)OAc(H?O)]（其中M=Mn2?、Co2?、Ni2?或Zn2?）的单核配合物。

4.1 折射率（n）和光学带隙（Eg）

图7显示了H?L配体及其配合物薄膜在233–500 nm波长范围内的透射（T）和反射（R）光谱。这些薄膜在233–500 nm范围内具有吸收特性，而在500 nm以上波长范围内呈透明。在233–500 nm的吸收区域内，存在一个吸收峰，这是由于电子从最高能级轨道跃迁到最低能级轨道所导致的。

结论

新型偶氮-偶氮甲基胺H?L及其与Mn2?、Co2?、Ni2?、Zn2?、Fe2?和Ru3?形成的配合物已通过质谱、UV–Vis、FT-IR、NMR、热重分析（TG）、摩尔电导率和磁矩测量成功合成并进行了表征。光谱数据显示，H?L通过偶氮甲基胺中的氮原子和未质子化的羟基氧原子作为单齿螯合剂，形成畸变的八面体或四面体几何结构。Fe3?配合物的光学性质表明...

资助声明

本工作由沙特阿拉伯吉达大学资助（项目编号：UJ-25-DR-20326）。作者感谢吉达大学在技术和财务上的支持。

作者贡献声明

W.N. El-Sayed：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资源协调、资金争取、数据分析。
M.M. Ebrahium：初稿撰写、方法设计、实验实施、数据分析、数据管理。
M. Mohery：撰写 – 审稿与编辑、可视化处理、项目监督、软件应用。
J. Alkabli：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、结果验证、项目监督。
Anas J. Rasras：撰写内容协助。

利益冲突声明

所有作者声明与任何可能对其研究产生财务影响的组织或实体（如酬金、教育资助、演讲事务参与、会员资格、雇佣关系、咨询业务、股票持有或其他股权利益；以及专家证词或专利许可安排）或非财务利益（如个人或职业关系、隶属关系、知识或信仰）均无关联。