Теоретическая модификация γ-мангостана через окисление пренильной группы до карбоксильной для повышения эффективности сенсибилизатора в цвето-сенсибилизированных солнечных элементах (DSSC)

Природные красители стали недорогой и экологически безопасной альтернативой синтетическим сенсибилизаторам в цвето-сенсибилизированных солнечных элементах (DSSC), хотя их эффективность по-прежнему остается относительно низкой. γ-Мангостан является одним из основных ксантоновых пигментов в кожуре мангостина и демонстрирует многообещающие донорные свойства, однако его эффективность ограничивается отсутствием фиксирующей группы для прочной адсорбции на поверхности полупроводника. Целью данного исследования является улучшение его фотоэлектрических свойств через теоретическую модификацию путем окисления пренильной боковой цепи в карбоксильную (–COOH) группу с использованием вычислительных методов DFT и TD-DFT (B3LYP/6-311+G**). Результаты показывают, что модификация снижает энергетические уровни HOMO и LUMO и усиливает внутримолекулярный перенос заряда, что приводит к расширению пиков поглощения света в сторону более длинных волн. После замещения карбоксильной группой параметр электронной связи |VRP| увеличивается с 0,82 до 0,96 эВ, в то время как эффективность улавливания света (LHE) повышается с 0,32 до 0,53, что указывает на усиление способности к введению электронов и поглощению фотонов. Хотя величина ΔGinject незначительно увеличивается (-2,85 эВ по сравнению с -3,30 эВ), общие результаты показывают, что γ-мангостан+COOH является более эффективным кандидатом в красители, чем природный γ-мангостан. Данная работа предоставляет теоретические доказательства для разработки структурно модифицированных натуральных сенсибилизаторов, обеспечивающих более высокую эффективность DSSC.