过渡金属氮化物和碳化物的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

发布时间：2017-05-22 18:15

  本文关键词：过渡金属氮化物和碳化物的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对电极是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSCs)的重要组成部分,Pt是最常用的对电极催化剂,起到催化剂的作用,但由于贵金属Pt价格昂贵且储量有限,因此需要寻找理想的催化材料来代替Pt作为对电极催化剂应用到DSCs中。本文主要合成了氮化物和碳化物并将其作为对电极催化材料应用于DSCs,并且通过循环伏安、塔菲尔极化曲线、电化学阻抗和J-V测试等技术手段说明了形貌对氮化钒和碳化钼的催化性能的影响。首先,利用金属氯化物-尿素法成功合成了氮化铌和碳化铬,并通过调控反应物的用量和使用多种方法制备出了一系列的不同形貌的氮化钒和碳化钼。系统研究了材料的种类及微观结构与催化性能之间的关系。然后通过循环伏安、塔菲尔极化曲线、电化学阻抗测试对催化材料在不同电解液I3-/I-、T2/T-和Co3+/Co2+中的表现进行了研究。发现这些非铂催化材料,豌豆型氮化钒(VN-peas)、小立方体氮化钒(VN-S)和大立方体氮化钒(VN-L)在T2/T-电解液中,纳米管碳化钼(Mo2C-Nt)在Co3+/Co2+电解液中都获得了比铂还要好的催化活性,说明开发的非铂催化材料不仅适用于传统的碘氧化还原对体系也适用于新型有机氧化还原对和Co3+/Co2+氧化还原电对体系。如Mo2C-Nt组装的DSCs在Co3+/Co2+电解液获得了比Pt对电极的效率(9.41%)稍高的电池效率9.53%。综上所述,本论文合成了一系列非铂催化材料,并将其用于染料敏化太阳能电池中,极大扩展了对电极催化材料的选择范围,同时降低了染料敏化太阳能电池的制作成本,使得其在太阳能电池中更具有竞争力。
【关键词】：对电极 催化剂 氮化物 碳化物 新型有机电解液 Co3+/Co2+电解液
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.1.1 硅系太阳能电池9
• 1.1.2 有机物太阳能电池9
• 1.1.3 多元化合物薄膜太阳能电池9-10
• 1.1.4 染料敏化太阳能电池10
• 1.2 染料敏化太阳能电池介绍10-12
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池的发展10-11
• 1.2.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理11-12
• 1.3 染料敏化太阳能电池性能的表征参数12-13
• 1.3.1 开路电压Voc（open-circuit voltage）12
• 1.3.2 短路电流Jsc（short-circuit current）12
• 1.3.3 填充因子FF（fill factor）12
• 1.3.4 能量转换效率 η（efficiency）12-13
• 1.4 对电极的研究进展13-18
• 1.4.1 Pt对电极13-14
• 1.4.2 碳对电极14-15
• 1.4.3 复合材料15
• 1.4.4 过渡金属碳化物15-16
• 1.4.5 过渡金属氮化物16-17
• 1.4.6 硫化物17-18
• 1.4.7 磷化物18
• 1.5 选题意义18-19
• 第2章 实验材料、设备及主要的测试方法19-23
• 2.1 实验试剂和原料19-20
• 2.2 实验仪器和设备20
• 2.3 实验表征方法和测试手段20-23
• 2.3.1 X射线衍射20
• 2.3.2 扫描电镜20-21
• 2.3.3 透射电镜21
• 2.3.4 循环伏安测试21
• 2.3.5 塔菲尔极化曲线21
• 2.3.6 电化学阻抗21-22
• 2.3.7 电流-电压曲线22-23
• 第3章 氮化钒、氮化铌的合成及应用研究23-35
• 3.1 引言23
• 3.2 实验部分23-24
• 3.2.1 氮化铌、氮化钒的合成23
• 3.2.2 电极的制备与电池的组装23-24
• 3.3 结果和讨论24-34
• 3.3.1 氮化铌和氮化钒的表征及在DSCs中的应用24-26
• 3.3.1.1 氮化铌和氮化钒的表征24-26
• 3.3.1.2 氮化铌和氮化钒在DSCs中的应用26
• 3.3.2 不同形貌氮化钒的表征及在DSCs中的应用26-34
• 3.3.2.1 不同形貌氮化钒的表征26-29
• 3.3.2.2 不同形貌氮化钒在以I3-/I-为电对的DSCs中的应用29-30
• 3.3.2.3 不同形貌氮化钒在以T2/T-为电对的DSCs中的应用30-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 碳化铬、碳化钼的合成及应用研究35-45
• 4.1 引言35
• 4.2 实验部分35-37
• 4.2.1 碳化铬、碳化钼的合成35-37
• 4.3 结果与讨论37-44
• 4.3.1 碳化铬和碳化钼的表征及在DSCs中的应用37-39
• 4.3.1.1 碳化铬和碳化钼的表征37-38
• 4.3.1.2 碳化铬和碳化钼在DSCs中的应用38-39
• 4.3.2 不同形貌碳化钼的表征及在DSCs中的应用39-44
• 4.3.2.1 纳米管碳化钼、微球碳化钼和纳米棒碳化钼的表征39-40
• 4.3.2.2 Mo2C-Nt、Mo2C-Ms和Mo2C-Nr对电极在DSCs中的应用40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 结论与展望45-46
• 参考文献46-53
• 致谢53-54
• 攻读学位期间取得的科研成果清单54

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