摘要 本篇論文主要是合成二價釕金屬、鋨金屬錯合物,設計概念是改良N749 (black dye)、N719的分子結構,將這兩個染料的單牙NCS官能團以自行開發的三牙或雙牙配位基取代,增進染敏元件的穩定性;另一方面,也於配位基上修飾不同的高共軛官能團提升染料的吸光能力。根據分子結構與設計概念的不同分為七大部分。 第一部份的染料為此論文所有研究的開端,我們使用與N749相同的H3tctpy作為anchoring ligand,搭配自行開發的pyridine bispyrazole衍伸物作為ancillary ligand,合成出一系列雙三牙釕金屬錯合物,此架構不僅能將單牙NCS官能團完全置換,提升元件的穩定性,還不會形成任何的異構物大幅提升合成產率,最後再透過共軛官能團的修飾提升染料分子的吸光係數,光電轉換效率可以達到10 %以上。第二部分是延續第一部份的設計,一樣從ancillary ligand著手設計雙三牙釕金屬錯合物,除了修飾延伸共軛外,將原本的bispyrazole置換成bistriazole,利用較強拉電子的特性把染料分子的HOMO軌域往下拉,增加與電解液的能階差,期望增加染料再生的效果,然而效果並不如預期,元件光電轉換效率僅8%上下。第三部分的染料延續本實驗室過去的研究,修改曾經發表過的染料TF-21,藉由引入高陰電性的pyrimidine取代基,拉低染料TF-21的HOMO能階,改善染料TF-21染料的再生不易的問題,除此之外,透過延伸共軛修飾合成出一系列雙三牙釕金屬錯合物,光電轉換效率可從原本TF-21的6.44 %提升至8.72 %。第四部份的染料開始嘗試修飾anchoring ligand,合成一系列Qbpy anchoring lingand,以quinoline衍伸物置換原本terpyridine上的其中一個pyridine,延長anchoring ligand的共軛性,確實提升染料在長波長的吸光係數,隨後更在quinoline上修飾各種立體障礙取代基,降低分子間堆疊的機率,讓元件光電轉換效率可以達到10.2 %。第五部分延續實驗室過去PRT系列染料的研究,搭配第四部份的Qbpy anchoring lingand與二配位輔助配位基合成出一系列Ru^3^2^1的錯合物,此系列染料是本論文唯一含有NCS配位基的探討,但訴求仍然與前幾部分一樣,減少NCS單牙配位基,故僅嘗試保留一個NCS配位基,希望能夠增加染料分子的再生速率,在元件的短路電流確實都有不錯的表現,最高光電轉換效率可以達到10.53 %。第六部分染料以實驗室過去發表過的Ru^2^2^2染料為主要架構,並在anchoring ligand上修飾4個羧酸基,期望利用4個羧酸基增加染料吸附於TiO2表面的能力,另一方面,飾4個羧酸基的拉電子特性能將分子的LUMO軌域拉低,減少HOMO – LUMO能階差,讓染料吸收光譜紅位移,然而效果並不如預期,整體的光電轉換效率僅6 %左右。第七部分嘗試將染料的中心金屬製換成Os,期望藉由鋨金屬較高的HOMO軌域,減少分子的HOMO-LUMO能階差,將吸收範圍推展至紅外光區域,並搭配一系列延伸共軛修飾達到全光域吸收的染料,光電轉換效率為8.03 %,以鋨金屬染料來說是相當不錯的表現。 綜觀本論文的研究,主軸大多放在雙三牙釕金屬染料的合成與探討,以N749為基本架構,首先置換各種ancillary ligand進行探討,隨後改為置換各種anchoring ligand進行探討,再以表現較佳的配位基應用於其他的系統,如此排列組合合成各式各樣的雙三牙釕金屬錯合物;接著再以上述較佳的配位基組合應用到Ru^3^2^1系統與鋨金屬錯合物,而唯一獨立出來的Ru^2^2^2系統 (第六部分) 是沿用實驗室過去已發表的文獻做延伸探討。