钼酸镧的合成及其在染料敏化太阳能电池中对碘电对催化性能的研究

发布时间：2017-05-29 03:01

  本文关键词：钼酸镧的合成及其在染料敏化太阳能电池中对碘电对催化性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSCs)是将太阳能转化为电能的一种装置,对电极(Counter electrode,CE)是其关键组件之一。对电极所负载的催化剂,是使电解液中的碘氧化还原电对循环再生的重要物质。虽然传统Pt催化剂对电极可以很好的催化I3-/I-氧化还原电对的循环再生,但因其成本高昂、供给有限和易被I3-/I-电对腐蚀等缺点限制了其在DSCs中的长期应用。因此,本文主要研制开发非Pt催化剂,主要合成无机非金属材料钼酸镧,还用多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube,MWCNTs)通过两种不同途径对钼酸镧材料进行修饰,并探讨其晶形、形貌、催化性能和其在DSCs中的应用。具体实验工作如下:第一部分实验:采用不同的实验方法合成钼酸镧La_2Mo_2O_9,并通过使用X-射线衍射(XRD)、循环伏安曲线(CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)和塔菲尔极化曲线(Tafel)等表征手段,进行结构测定和电化学催化性能分析。第二部分实验:采用传统的高温固相法合成不同比例的镧钼固溶体,采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行组分确定和表面形貌观察。并通过循环伏安曲线(CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)、塔菲尔极化曲线(Tafel)和电流密度-电压曲线(J-V)等表征手段进行电性能表征。合成的25种镧钼配比化合物中,6.5La_2O_3·7MoO_3表现的催化性能是最优越的,其能量转换效率达到1.71%。在无机非金属材料钼酸镧中,镧钼两种元素具有不同的摩尔分数,影响其催化性能。第三部分实验:采用不同量的多壁碳纳米管负载钼酸镧和钼酸镧/多壁碳纳米管复合材料,通过多壁碳纳米管与钼酸镧进行物理混合,来改善钼酸镧的导电性和催化活性。MWCNTs负载La_2O_3·0MoO_3(1:5)的能量转化效率高达5.20%,是La_2O_3·0MoO_3的6.75倍。La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极的峰电位差ΔEp(peak-peak separation)只有146mV,而且La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极的能量转换效率高达6.34%,La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极是合成的材料中,可逆性和能量转化效率最好的。经过MWCNTs改善之后,3种不同钼酸镧的催化性能和能量转化效率均有一定程度提高,归因于二者催化性能和导电性的结合。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 钼酸镧 对电极 催化活性 光电转换效率
【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
• 1 绪论9-17
• 1.1 染料敏化太阳能电池概况及相关研究进展9-13
• 1.2 选题依据及思路13-15
• 1.3 工作方案15-17
• 2 用不同实验方法合成La_2Mo_2O_917-27
• 2.1 实验部分17-22
• 2.1.1 试剂与仪器17-19
• 2.1.2 La_2Mo_2O_9的制备19-21
• 2.1.3 对电极的制备21-22
• 2.2 结果与讨论22-26
• 2.2.1 钼酸镧的XRD表征22-23
• 2.2.2 钼酸镧电催化性能的表征23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 高温固相法合成不同比例的镧钼固溶体27-41
• 3.1 实验部分27-30
• 3.1.1 仪器27-28
• 3.1.2 不同比例的镧钼固溶体的制备28-29
• 3.1.3 对电极的制备29
• 3.1.4 电池的组装29-30
• 3.2 结果与讨论30-39
• 3.2.1 不同比例的镧钼固溶体的XRD表征30-31
• 3.2.2 15号、23号和25号不同比例的镧钼固溶体的形貌表征31
• 3.2.3 不同比例的镧钼固溶体催化性能的表征31-38
• 3.2.4 不同比例的镧钼固溶体在DSCs中的应用38-39
• 3.3 本章小结39-41
• 4 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料41-55
• 4.1 实验部分41-42
• 4.1.1 试剂41
• 4.1.2 对电极的制备41
• 4.1.3 电池的组装41-42
• 4.2 结果与讨论42-53
• 4.2.1 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料的形貌表征42-43
• 4.2.2 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料的电催化性能的表征43-45
• 4.2.3 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和多壁碳纳米管/镧钼固溶体复合材料在DSCs中的应用45-48
• 4.2.4 镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料的形貌表征48-49
• 4.2.5 镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料的催化性能的表征49-50
• 4.2.6 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和多壁碳纳米管/镧钼固溶体复合材料在DSCs中的应用50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 攻读学位期间取得的科研成果清单64

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