Производные гидроксикоричной кислоты для УФ

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3235 (2023) Цитировать эту статью

737 Доступов

Подробности о метриках

Природные красители очень привлекательны для разработки сенсибилизированных красителями солнечных элементов (DSSC). Производные гидроксикоричной кислоты, такие как кофейная кислота (CA), феруловая кислота (FA) и п-кумаровая кислота (PA), рассматривались для селективного сбора фотонов ультрафиолета А (UVA) (315–400 нм). Их спектроскопические и электрохимические свойства исследованы как теоретически, так и экспериментально. В дальнейшем они были успешно использованы в качестве фотосенсибилизаторов в УФ-селективных и видимых прозрачных DSSC, которые демонстрировали эффективность преобразования энергии 0,22–0,38% при AM (масса воздуха) 1,5G (глобальное) освещение (100 мВт/см2) и 3,40–3,62%. при облучении UVA (365 нм, 115,22 мВт/см2) с соответствующим коэффициентом пропускания видимого света (VLT) 49,07–43,72 % и общим индексом цветопередачи (Ra) 93–90.

Поскольку городское население мира быстро растет, потребление энергии в городах стало основной причиной изменения климата. Интеграция возобновляемых источников энергии в городах может обеспечить переход к более зеленой городской среде. Важно отметить, что в 2020 году на здания и сооружения приходилось 36% мирового спроса на энергию и 37% связанных с энергетикой выбросов углекислого газа (CO2). энергия, вырабатываемая на месте, равна или превышает энергию, поступающую из энергосетей. Внедрение ZEB стало обязательным для нового жилого и коммерческого строительства2, и многообещающим способом достижения этой цели является интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV), при которой фотоэлектрические модули монтируются на ограждающие конструкции зданий.

За прошедшие годы достижения в технологиях остекления, связанные с современной архитектурой зданий, привели к разработке систем стеклянной облицовки, таких как навесные стены, оконные стены и ключевые системы ограждающих конструкций зданий. Хотя широкое использование систем остекления отвечает за охлаждение летом и отопление зимой, фотоэлектрические (PV) шторы и оконные стены имеют решающее значение для технологий остекления следующего поколения. К сожалению, нынешняя проблема, связанная с фотоэлектрическим остеклением, заключается в неизбежном компромиссе между коэффициентом пропускания и эффективностью преобразования энергии (PCE), поскольку обычные солнечные элементы поглощают видимый свет для производства электроэнергии. Недавно появились технологии избирательности по длине волны; в этих технологиях используются экситонные материалы, которые избирательно поглощают ультрафиолетовый (УФ)3,4,5,6 или ближний инфракрасный (NIR) свет7,8,9,10,11, и ожидается, что такие селективные по длине волны фотоэлектрические системы преодолеют ограничения полу- прозрачные и цветные фотоэлектрические модули для приложений BIPV.

Среди новых фотоэлектрических технологий сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC) особенно благоприятны для достижения высокой прозрачности в области видимого света из-за избирательного по длине волны поглощения фотосенсибилизаторов и использования оптически прозрачных проводящих оксидных подложек12,13,14,15, 16. Синтетические фотосенсибилизаторы дороги и вредны для окружающей среды, поэтому следует рассмотреть возможность использования природных красителей для замены дорогостоящих процессов химического синтеза простыми процессами экстракции. На сегодняшний день для изготовления DSSC используются естественные красители, такие как антоцианы, беталаины, флавоноиды, каротиноиды и хлорофилл17,18,19, а репрезентативные результаты можно найти в ссылках 18 и 19. до 700 нм в режиме видимого света. Например, антоцианы обладают высоким поглощением при длинных волнах (например, 580–700 нм). Бетацианины и бетаксантины поглощают в диапазоне от 400 до 600 нм. Хлорофилл поглощает все длины волн видимого света, кроме зеленого. К сожалению, природные красители, избирательно собирающие УФ-фотоны, мало исследованы в области применения сенсибилизированных красителями. В этом исследовании мы вводим гидроксикоричные кислоты (HCA) в технологию селективной длины волны в качестве потенциальных фотосенсибилизаторов, поглощающих УФ-излучение. ГКА имеют химическую основу, состоящую из девяти атомов углерода (C6–C3), и представляют собой основную подгруппу фенольных кислот, широко распространенную в царстве растений20. HCA, такие как кофейная кислота (CA), феруловая кислота (FA) и п-кумаровая кислота (PA), представляют собой природные фенольные соединения, которые в изобилии содержатся в чайных листьях, кофе, фруктах, овощах и цельнозерновых продуктах21,22. Интересно, что они имеют специфическую структуру, в которой карбоксильная группа отделена от ароматического кольца двойной связью, образуя π-электронную систему. Теоретически и экспериментально известно, что они обладают сильным поглощением в УФ-диапазоне (220–400 нм)20,23,24,25. Поэтому мы исследовали эффективность HCA для сбора УФ-фотонов и продемонстрировали селективные к УФ-излучению и визуально прозрачные DSSC.