石墨烯基金属氧化物复合材料的制备及在能量转化和存储方面的研究与应用

发布时间：2018-04-08 23:17

本文选题：金属氧化物　切入点：石墨烯　出处：《安徽大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来,由于化石燃料的燃烧带来的能源危机和全球变暖问题,使得人们将目光开始转向于探索新能源方向上,其中包括新能源的转化,利用和储存,都是目前研究者们关注的重点。太阳能由于其清洁易得的优点,获得了较多的研究报道,在太阳能的转化中,染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为第三代太阳能电池的代表,已成为时下在太阳能转化方面的热点。而在新能源利用方面,依然考虑太阳能的各种优势,使得越来越多的科研工作者从事光催化相关的探索。同时,在能源存储方面,由于超级电容器的快速充放电等优点,也使其成为了研究的热门方向。本论文即通过以SnO_2,Co3O4和NiCo2O4纳米氧化物材料制备以及其与还原氧化石墨烯(RGO)进行复合作为研究对象,探索了其应用于染料敏化太阳能电池对电极,光催化降解及超级电容器电极的性能。本论文分为四章。第一章绪论部分概述了染料敏化太阳能电池,光催化降解及超级电容器的目前研究状况。并结合本论文研究内容,对染料敏化太阳能电池对电极材料,光催化降解应用和超级电容器电极材料的发展与前景做了详细的叙述。以下为本论文开展的思路。第二章将SnO_2纳米颗粒分别与RGO和TiO_2复合并应用于染料敏化太阳能电池对电极和光催化降解。首先制备了 SnO_2纳米小颗粒,并成功与RGO复合。研究发现,相比于纯SnO_2纳米颗粒本身,复合材料在阻抗、极化、循环伏安和光伏效率等方面的性能均有较大的提升,可以替代金属铂作为DSSC的对电极材料。通过简易的一步溶剂热法合成出TiO_2纳米球/SnO_2量子点复合材料,电镜显示,SnO_2量子点均匀地附着在球状TiO_2纳米颗粒的表面。这种优异的结构特点使得组成复合材料不同基元的紫外吸收能力产生明显的差异,复合材料的光降解性能相比于纯TiO_2纳米球或纯SnO_2量子点有了极大的提升。第三章分别将二维多孔Co3O4纳米片与RGO的复合材料用作染料敏化太阳能电池对电极和超级电容器电极。通过将RGO复合入二维多孔Co3O4纳米片中,避免了 Co304的结构劣势,同时协同了 RGO与Co304的独有特性,使得复合材料的性能相比于纯Co3O4和纯RGO有了极大的提升,发挥样品的潜在性能,为解决类似问题提供可选思路。同时.考虑二维多孔Co3O4纳米片/RGO复合材料在结构上的优势,将其用于超级电容器的电极部分。在相同条件下,测试充放电的表现,复合材料是纯二维多孔Co3O4纳米片的三倍储能能力。在3000次的持续充放电测试下,所合成的样品也达到了很高的超级电容器电极表现。第四章探索了三元金属氧化物用做对电极的性能表现,并创新性的通过微观结构可控合成探究形貌对其作为对电极的性能影响。主要价绍了合成的NiCo2O4纳米带在作为染料敏化太阳能电池对电极的优异性能,及通过复合RGO,所得到的复合材料在各方面性能的提升,其中,提升最明显,幅度最大的是循环稳安特性。通过对比样品形貌,独特的复合结构是性能提升的关键,同时RGO的协同作用也使得体系得到了充分的性能发挥。之后,设计并合成三种不同的形貌的NiCo2O4纳米材料(纳米片,纳米棒和纳米花),在相同的条件下,测试各项性能,得到了纳米花展现出超过铂的性能表现,证明不同形貌对最终的输出效率有着很大影响。同时分时测试了纳米花在不同时间的形貌特征及对比了各个时段样品的性能测试结果,得到在形貌稳定的状态下,其性能最好,也最稳定。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332;TM53;TM914.4

【参考文献】