金属硫化物纳米薄膜的制备及其在能源器件中光电性能的研究
发布时间：2020-04-11 08:56
【摘要】：随着全球的经济发展和人口剧增,人们对可再生能源的需求急剧上升,如何高效地转化和存储可再生能源成为当下的研究热点。金属硫化物在自然界中含量丰富、无毒,并且具有优异的电导性、稳定性、光电化学响应等性能,可广泛应用于能源器件中,因而备受关注。本论文围绕金属硫化物的合成,通过开发多种制备方法,在不同基底表面成功制备了一系列二元、三元以及复合金属硫化物纳米薄膜材料,深入研究其生长机理。此外,分别考察了它们在量子点敏化太阳能电池(QDSCs)、光催化以及超级电容器中的光电性能。本论文的主要创新点和成果如下:1.采用多种方法在FTO导电玻璃基底表面制备CuS纳米片薄膜,通过对不同方法制备的CuS纳米片薄膜进行多种表征及电化学性能测试,筛选获得具有最佳电催化活性的CuS纳米薄膜,并将其作为对电极材料组装成QDSCs,相比于传统的贵金属Pt电极,电池整体性能有明显的提高,电池效率从1.56%提升至3.82%。2.发展了一种制备复合硫化物纳米薄膜的普适方法。在多种导电基底(包括FTO、泡沫镍、碳布和钛网)表面成功制备了新型珊瑚状Co9S8-CuS纳米结构薄膜样品,并将其作为电极材料应用于QDSCs和超级电容器中。与单种材料(Co9S8和CuS)相比,复合硫化物纳米结构薄膜具有更优异的电催化活性、充放电特性及电化学循环稳定性。此外,通过相同的制备方法,我们也成功制备了 Co9S8-NiS2和Co9S8-MoS2纳米薄膜,证明此种方法具有普适性。3.首次在铜板表面制备了三元Cu2Mo6S8针叶状纳米薄膜,该薄膜具有可见光响应,并且凭借其特殊的针叶状结构和适宜的电子能级结构,Cu2Mo6S8针叶状纳米薄膜在可见光下对甲基蓝具有优异的光催化降解活性。
【图文】：
逑输层，不过最常用的还是金和银作为对电极Ｉ２Ｗ１］。逡逑图１－ｌａ表明了邋ＱＤＳＣｓ的工作原理：量子点吸收入射光子的能量被激发产生逡逑电子－空穴对，随后电子－空穴对发生分离，电子快速注入到金属氧化物导带并经逡逑金属氧化物被外电路收集，量子点的空穴被电解质还原回到基态，电解质在对电逡逑极处接收从外电路流入的电子完成再生，最终构成一个回路循环［１７］。光电转化逡逑主要在各个界面处完成，图１－ｌｂ展现了电子和空穴在Ｔｉ０２／ＱＤ／电解液界面的电逡逑荷转移的过程，，包括光生电子和空穴的注入（Ｉｎｊ），捕获（Ｔｉｐ）和再结合（Ｒｅｃ）［３２］。逡逑Ｉｎｊｌ和Ｉｎｊ２过程表示光生电子从最低未占轨道以及电子陷阱能级注入至Ｔｉ０２；逡逑Ｉｎｊ３和Ｉｎｊ４过程表示产生的空穴从最高已占轨道ＨＯＭＯ和空穴陷阱能级注入至逡逑电解液中。在内电路中，光生电子和空穴的复合可通过两种方式，Ｒｅｅｌ表示光逡逑生电子和空穴直接复合，Ｒｅｃ２表示它们通过陷阱能级复合。注入至Ｔｉ０２的电子逡逑在Ｔｉ０２／ＱＤｓ表面转移到ＱＤｓ上（Ｒｅｃ３）
１．３．３超级电容器的工作原理逡逑双电层超级电容器的储能实质上是电荷在电极和电解液界面上的存储与重逡逑新排列［３３］。图１－２解释了双电层超级电容器的工作原理：充电时，电子从电容器逡逑正极流入负极，与此同时电解液中的正负离子分别向电容器的负极和正极扩散，逡逑这样即形成了双电层储能；充电结束后，电极和电解液界面间的静电引力使得双逡逑电层保持稳定，因此，正负两极间的电压可以保持不变；放电时，双电层电容器逡逑的正负两极通过外电路连接，电子经过负载从负极流向正极，在外电路产生电流，逡逑静电引力消失，电极表面的正离子与负离子流入电解液中。整个过程只有电荷的逡逑物理迁移，并没有化学反应参与［３３］。逡逑逦ｊｊ逦邋逦ＷｖＶｖ逦逡逑ｉｎ逦起ｖ．！逦ｉ邋ｎｅ？邋ｓ邋ｎ邋＾逡逑ｉ邋１逦！二逦９邋＠逡逑１１邋｛二逦ｅ邋ｅ逡逑丨：Y冲义希椋戾澹欤椋戾危蹋剩浚邋澹浚浚体义希掊灏哄澹掊义贤迹保菜绮愕缛萜鞯幕硗迹郏常常荨ｅ义希疲椋纾澹保插澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹牛模蹋茫螅义戏ɡ谪偷缛萜鞯拇⒛芑剖抵噬鲜腔钚晕镏试诘缂砻娴那返缥怀粱渝义隙⑸赡娴幕迅交蛘呤茄趸乖从Γ郏常常荨Ｍ迹保呈且越鹗粞趸镓偷缛蒎义掀魑
本文编号：2623401
【图文】：
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１．３．３超级电容器的工作原理逡逑双电层超级电容器的储能实质上是电荷在电极和电解液界面上的存储与重逡逑新排列［３３］。图１－２解释了双电层超级电容器的工作原理：充电时，电子从电容器逡逑正极流入负极，与此同时电解液中的正负离子分别向电容器的负极和正极扩散，逡逑这样即形成了双电层储能；充电结束后，电极和电解液界面间的静电引力使得双逡逑电层保持稳定，因此，正负两极间的电压可以保持不变；放电时，双电层电容器逡逑的正负两极通过外电路连接，电子经过负载从负极流向正极，在外电路产生电流，逡逑静电引力消失，电极表面的正离子与负离子流入电解液中。整个过程只有电荷的逡逑物理迁移，并没有化学反应参与［３３］。逡逑逦ｊｊ逦邋逦ＷｖＶｖ逦逡逑ｉｎ逦起ｖ．！逦ｉ邋ｎｅ？邋ｓ邋ｎ邋＾逡逑ｉ邋１逦！二逦９邋＠逡逑１１邋｛二逦ｅ邋ｅ逡逑丨：Y冲义希椋戾澹欤椋戾危蹋剩浚邋澹浚浚体义希掊灏哄澹掊义贤迹保菜绮愕缛萜鞯幕硗迹郏常常荨ｅ义希疲椋纾澹保插澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹牛模蹋茫螅义戏ɡ谪偷缛萜鞯拇⒛芑剖抵噬鲜腔钚晕镏试诘缂砻娴那返缥怀粱渝义隙⑸赡娴幕迅交蛘呤茄趸乖从Γ郏常常荨Ｍ迹保呈且越鹗粞趸镓偷缛蒎义掀魑
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