石墨烯衍生物的制备及其在光电池上的应用

发布时间：2017-04-03 11:18

  本文关键词：石墨烯衍生物的制备及其在光电池上的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：化石能源是人类生产生活中使用最为广泛的能源形式,但是它的大规模使用带来了严重的环境问题,同时由于它的不可再生性,也使人类陷入了严峻的能源危机中。太阳能是一种可再生的清洁能源,对它进行合理的利用是人类解决目前的环境和能源危机的有效途径。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs)是一种新型的太阳能电池,它具有低成本、高效率、无污染等优势,因此引起了人们的普遍关注。金属Pt具有导电性能好、催化活性高的优点,被用作DSSCs的对电极(Counter Electrode,CE)材料。但是Pt是一种稀有金属,储量有限,因此价格昂贵,阻碍了DSSCs的大规模使用。另一方面,Pt在电解质中的稳定性不好,这会影响DSSCs的使用寿命。基于以上的问题,本文旨在研究高效、廉价、稳定的材料替代Pt作为CE材料,主要包括以下内容：(1)使用高温原位法合成了二硫化钼/还原氧化石墨烯(MoS_2/RGO)复合材料。实验中,MoS_2生长在RGO的基平面上,暴露出众多具有催化活性的边界,同时,由于MoS_2的生长,RGO片层之间的堆叠和团聚现象得到了抑制,它的大比表面积也能使MoS_2与电解液的接触面积增大。因此,在该复合材料中,MoS_2主要提供了大的催化活性,而RGO则作为导电网络增强了材料的导电性。循环伏安测试和电化学阻抗谱分析均表明该材料对I3-还原反应的催化活性与Pt接近,光电测试结果表明,以该材料作为CE的DSSC得到了6.70%的光电转换效率,达到了相同条件下Pt电极的效率的98%(6.86%)。(2)使用一步水热合成法,在导电玻璃表面生长一层CoS/NiS/RGO(CoS:硫化钴,NiS：硫化镍)复合材料,并将它作为CE。该方法避免了复合材料到导电玻璃的二次转移,简化了制备过程,同时也使材料与导电基底之间的附着力大大增加。该材料中,CoS、NiS主要是催化活性的来源,而RGO则是材料优良导电性的保证。循环伏安测试和电化学阻抗测试结果表明,该材料具有能与Pt媲美的催化活性。将它组装成DSSC后,得到光电转换效率为6.73%,相当于相同条件下Pt对电极电池效率的96%(6.99%)。(3)另外,本研究将MoS_2/RGO复合材料作为电磁波吸收材料并测试了它的吸波性能。结果表明,在复合材料填充比为10 wt%、厚度为1.9mmm和2.0 mm时,它的有效吸波频带宽为5.72 GHz。当它的厚度为2.3 mm时,在频率为11.68 GHz处达到了最低的反射损耗：-50.9 dB。因此认为它是电磁波吸收材料领域的一种新型材料,值得进一步研究其工程应用的可能性。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 对电极 还原氧化石墨烯 石墨烯衍生物 电磁波吸收材料
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 研究背景15-17
• 1.1.1 石墨烯简介15-16
• 1.1.2 氧化石墨烯简介16-17
• 1.2 染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)17-21
• 1.2.1 染料敏化的TiO_2光阳极18-19
• 1.2.2 电解质19
• 1.2.3 对电极(CE)19-20
• 1.2.4 染料敏化太阳能电池的工作原理20-21
• 1.2.5 CE存在的问题21
• 1.3 电磁波吸收材料21-24
• 1.3.1 电磁波吸收材料原理22-23
• 1.3.2 电磁波吸收材料的分类23
• 1.3.3 电磁波吸收材料性能参数23
• 1.3.4 电磁波吸收材料的发展趋势23-24
• 1.4 论文研究的主要内容24-25
• 第二章 实验材料、表征及测试25-33
• 2.1 实验所需材料及仪器25-26
• 2.2 CE材料表征仪器26-27
• 2.3 DSSCs的制备方法27-28
• 2.3.1 光阳极的制备方法27-28
• 2.3.2 对电极的制备28
• 2.3.3 电解液的配置28
• 2.3.4 电池组装28
• 2.4 电池性能测试28-33
• 2.4.1 CV测试28-30
• 2.4.2 EIS测试30-31
• 2.4.3 光电转换效率测试31-33
• 第三章 二硫化钼/还原氧化石墨烯对电极的应用研究33-49
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 GO的制备34-35
• 3.2.2 MoS_2/RGO复合材料的制备35-36
• 3.2.3 对电极的制备36
• 3.3 材料的结构、形貌表征36-42
• 3.3.1 XRD、Raman和XPS分析37-39
• 3.3.2 材料的SEM和TEM分析39-42
• 3.4 材料催化性能研究42-47
• 3.4.1 CV测试42-44
• 3.4.2 EIS测试44-45
• 3.4.3 光电转换效率研究45-47
• 3.5 小结47-49
• 第四章 硫化钴/硫化镍胚原氧化石墨烯对电极的研究49-59
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验部分50
• 4.2.1 GO的制备50
• 4.2.2 CoS/NiS/RGO三元复合材料CE的制备50
• 4.3 结果讨论50-57
• 4.3.1 材料的结构和形貌表征50-55
• 4.3.2 材料的催化性能研究55-56
• 4.3.3 复合材料作为CE时的光电转换效率56-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 MoS_2/RGO复合材料作为电磁波吸收材料的应用59-67
• 5.1 前言59
• 5.2 实验部分59-60
• 5.2.1 测试样品制备59-60
• 5.3 电磁波吸收性能分析60-66
• 5.4 小结66-67
• 第六章 结论67-69
• 参考文献69-79
• 致谢79-81
• 研究成果及发表的学术论文81-83
• 作者及导师简介83-84
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书84-85

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本文编号：284247