反蛋白石结构导电聚合物材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

发布时间：2017-12-11 21:11

  本文关键词：反蛋白石结构导电聚合物材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用研究

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【摘要】：导电聚合物反蛋白石(IO)内部存在均匀的相互连通的孔道结构,具有良好的导电性能和较大的比表面积,广泛应用于传感器、太阳能电池、催化等领域。目前导电聚合物IO多是通过电化学法制备,然而该方法设备复杂,只能在导电基底上进行导电聚合物的填充。本论文研究通过在气-液界面化学氧化聚合法制备导电聚合物IO,并将其作为对电极应用在染料敏化太阳能电池(DSSC)中,尝试替代昂贵的铂电极。具体研究内容如下:(1)以聚苯乙烯(PS)胶体晶体(CC)为模板,采用气-液界面化学氧化法制备导电聚合物IO。该方法中,首先将PS CC浮于吡咯或者苯胺溶液表面,加入氧化剂聚合从而使导电聚合物填充于CC结构内部,最后溶掉PS微球而得到聚吡咯(PPy)或聚苯胺(PANI)IO材料。采用ATR-FTIR、SEM、UV-vis-NIR、接触角分析仪等对IO进行结构、形貌和光学性能表征,结果表明:溶液中乙醇的加入大大改善了CC在水溶液中的浸润程度,在4%v/v乙醇浓度下,PPy IO层数和所使用CC层数一致,能达到顶层,而表层纳米碗阵列结构不被覆盖;聚合反应进行24 h能得到结构规整的PPy IO;该方法能够适用于不同直径空心球IO的制备及PANI IO的制备。(2)通过有机酸和无机酸掺杂,提高PPy IO的导电性及电催化活性,并将掺杂的PPy IO作为对电极应用在DSSC中,探究了其对DSSC光电转换效率(PCE)影响。通过ATR-FTIR、SEM、UV-vis-NIR、TGA、C-V对掺杂后IO结构、形貌、热稳定性及催化性能进行研究,最后进行电池组装并对DSSC进行I-V测试及EIS阻抗分析。结果表明:对PPy IO进行掺杂过程中,掺杂剂种类将影响结构的形成,小的阴离子掺杂能在高浓度下进行,而表面活性剂类大的阴离子掺杂只能在低浓度下进行,否则将破环CC结构;PPy IO热稳定性能受掺杂剂的影响,盐酸和对甲苯磺酸掺杂,热稳定性能有一定的提高,而十二烷基硫酸钠掺杂后的PPy IO热稳定性降低;盐酸和对甲苯磺酸的掺杂使相应DSSC的PCE得以提高,而十二烷基硫酸钠的掺杂增加了DSSC中电解液扩散阻力,降低了DSSC的PCE;掺杂后的PPy IO对I-/I3-氧化还原对具有良好的催化性能,在进行掺杂后,得到了催化活性较高的PPy IO;采用掺杂的PPy IO作为对电极的DSSC的PCE接近于采用Pt对电极的DSSC。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
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本文编号：1279920