含锡钛类水滑石及其复合氧化物的性能与应用研究

发布时间：2017-09-02 22:28

  本文关键词：含锡钛类水滑石及其复合氧化物的性能与应用研究

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【摘要】：类水滑石(hydrotalcite-like compounds,简称HTlc),是一类由两种或两种以上金属元素组成的具有特殊结构和性能的层状氢氧化物材料。HTlc因为其独特的层状结构和物理化学性质而被广泛应用于医药生物、吸附、催化、光电化学等诸多领域。染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells, DSSC)从经济、战略、实用性角度来看都是太阳能电池具有潜力的研究方向。基于HTlc可以便利的获得复合氧化物半导体材料并且实施组分调控,可以作为太阳能电池的基础材料,为制备太阳能电池的研究提供新的思路。本论文采用尿素水解的方法制备了系列锌钛类水滑石和锌锡类水滑石,并且在不同温度下将其煅烧得到了相应的复合氧化物。通过x-射线衍射谱图(XRD)、热重-差热扫描热量分析(TG-DTA)、扫描电镜(SEM-EDS)、紫外-可见漫反射图谱(UV-vis)、N2吸附-脱附测试等手段对类水滑石及其复合氧化物的结构、形貌、光吸收、表面性质等进行了表征。以锌钛和锌锡复合氧化物作为光阳极,选用N719、N3、D205三种染料作为光敏化剂,组装制备系列新型染料敏化太阳能电池,并对电池的综合性能进行了系统研究。(1)制备了锌钛摩尔比为1-10的锌钛类水滑石及其相应的复合氧化物。研究发现锌钛摩尔比3-6的类水滑石结晶度较好。随着锌钛摩尔比增加,相应的复合氧化物中的Ti02衍射峰减弱,ZnO衍射峰增强,比表面积逐渐降低,禁带宽度介于3.05-3.15eV之间。(2)制备了一系列的锌锡类水滑石,从尿素含量、反应时间和锌锡摩尔比等方面探讨了锌锡类水滑石结晶的最佳条件。以锌锡类水滑石为前驱体在不同温度煅烧得到锌锡复合氧化物。研究表明,5000C煅烧产物以ZnO为主,600～9000CSn02的衍射峰逐渐变强,继续升温则出现锌锡尖晶石(Zn2SnO4)。随着温度升高,煅烧产物的比表面积逐渐减小。随着锌锡摩尔比增大,复合氧化物中ZnO的衍射峰变强,紫外可见吸收光谱发生很小的红移,禁带宽度接近于ZnO。(3)以锌钛复合氧化物为光阳极,采用钌系染料N719、N3与有机染料D205作为敏化剂组装成染料敏化太阳能电池,I-V测试结果表明有机染料D205对该体系下电池的光电转换性能更优异：研究了Zn/Ti含量比对电池性能的影响,所得电池效率呈现先升高后下降的规律。当Zn/Ti=5时,效率最高达到1.344%。(4)研究了N719、N3与D205三种染料体系下锌锡复合氧化物电池的综合性能,结果表明了D205染料体系电池的效率远高于其它两者。研究了煅烧温度和锌锡摩尔比的复合氧化物对电池性能的影响,结果表明随着温度越高,电池的效率反而降低,500℃时电池效率为1.282%。随着锌锡摩尔比增大,电池的效率逐渐升高,甚至比单一ZnO与Sn02的效率更高。当Zn/Sn=9时,所得电池最高效率达到1.796%。
【关键词】：类水滑石 复合氧化物 光阳极 染料 太阳能电池
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-13
• 1.2 类水滑石13-17
• 1.2.1 类水滑石的结构与特性13-15
• 1.2.2 类水滑石的制备方法15-16
• 1.2.3 类水滑石的应用16-17
• 1.3 基于类水滑石的复合氧化物17-19
• 1.4 染料敏化太阳能电池19-25
• 1.4.1 结构与工作原理19-20
• 1.4.2 光阳极20-24
• 1.4.3 染料24
• 1.4.4 氧化还原电解质24
• 1.4.5 对电极24-25
• 1.5 本论文的选题背景与研究内容25-26
• 第二章 实验部分26-29
• 2.1 实验原料26
• 2.2 实验仪器26-27
• 2.3 表征与测试27-29
• 第三章 含锡钛类水滑石及其复合氧化物的制备及表征29-49
• 3.1 锌钛类水滑石的制备及表征29-32
• 3.1.1 实验部分29-30
• 3.1.2 结果与讨论30-32
• 3.2 以锌钛类水滑石为前躯体制备复合氧化物32-37
• 3.2.1 实验部分32-33
• 3.2.2 结果与讨论33-37
• 3.3 锌锡类水滑石的制备及表征37-41
• 3.3.1 实验部分37
• 3.3.2 结果与讨论37-41
• 3.4 以锌锡类水滑石为前躯体制备复合氧化物41-46
• 3.4.1 实验部分41
• 3.4.2 结果与讨论41-46
• 3.5 以锌锡类水滑石为前躯体制备锌锡尖晶石46-48
• 3.5.1 实验部分46
• 3.5.2 结果与讨论46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 基于类水滑石的染料敏化太阳能电池的研究49-64
• 4.1 实验部分49-50
• 4.2 太阳能电池的评价指标50
• 4.3 锌钛复合氧化物染料敏化太阳能电池50-57
• 4.3.1 不同染料体系电池性能51-52
• 4.3.2 锌钛摩尔比对电池性能的影响52-57
• 4.4 锌锡复合氧化物染料敏化太阳能电池57-63
• 4.4.1 不同染料体系电池性能57-59
• 4.4.2 煅烧温度对电池的影响59-61
• 4.4.3 锌锡摩尔比对电池的影响61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 结论与展望64-66
• 论文创新点66-67
• 参考文献67-74
• 研究成果及发表的学术论文74-75
• 致谢75-76
• 附件76

【二级参考文献】

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1 安哲;何静;段雪;;层状材料及催化[J];中国科学:化学;2012年04期

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本文编号：781269