氮掺杂碳基对电极材料的制备及其光伏性能研究

发布时间：2018-03-14 11:13

  本文选题：染料敏化太阳能电池　切入点：超级电容器　出处：《河南师范大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氮掺杂多孔碳具有丰富的氮活性位点、发达的孔结构、较高的比表面积和良好的导电性,作为电极材料在染料敏化太阳能电池和超级电容器方面有良好的应用前景。采用合适的碳氮前驱体合成氮掺杂多孔碳,研究其光伏和电容性能,对碳基能源材料的应用拓展有重要意义。本论文涉及一系列氮掺杂多孔碳及石墨烯的合成及其在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和超级电容器中的电化学性能研究。主要内容包括以下几个方面:(1)以石墨烯-三聚氰胺甲醛树脂复合物为碳氮源,通过高温热解和碱活化处理得到氮掺杂多孔碳。在700℃最优活化温度的条件下,得到的a-NC700具有高达1302m2g-1的比表面积,4.5%的氮含量和适度的石墨化程度。将该材料用于超级电容器,在1Ag-1放电倍率下,比电容高达296Fg-1,在功率密度为83~1609Wkg-1时,电容器件能量密度为5.0~3.5Whkg-1。此外,a-NC700对I3-的还原具有较高的电催化活性,将其应用作DSSCs对电极,能提供6.91%的光伏效率,与同条件下的铂对电极的光伏性能(7.10%)相当,可用作廉价高效催化对电极材料。(2)以石墨烯-聚吡咯复合物为碳氮源,通过高温热解得到氮掺杂石墨烯,获得的氮掺杂石墨烯具有介孔结构及较高的比表面积、较高的氮掺杂量、良好的润湿性和适度的石墨化程度,因而能提供较高电化学活性面积、较高的电极/电解液相容性以及良好的导电性。将这类材料用于染料敏化光伏器件能提供6.89%的光电转换效率,与传统Pt对电极的光伏效率(7.08%)相当,同时具有优越的光伏稳定性和可靠性。(3)以淀粉和明胶为碳氮源,以金属钴镍硝酸盐为合金前驱体,通过高温热解干凝胶,得到氮硫共掺杂碳包覆钴镍合金复合材料(CoxNiy@NSC)。获得的复合材料具有较快的电荷转移、良好的导电性和催化性能、适宜的氮掺杂度和石墨化程度、介孔结构和超亲水特性,应用于对电极中,可达到7.58%的光伏效率,优于同条件下的Pt的催化性能(7.10%)。
[Abstract]:Nitrogen doped porous carbon has rich nitrogen active sites, developed pore structure, high specific surface area and good electrical conductivity. As electrode material, it has a good application prospect in dye sensitized solar cells and supercapacitors. The photovoltaic and capacitive properties of nitrogen-doped porous carbon have been studied by using suitable carbon nitrogen precursor. In this paper, a series of nitrogen-doped porous carbon and graphene were synthesized and their electrochemical properties in dyestuff sensitized solar cells (DSSCs) and supercapacitors were studied. The contents include the following aspects: (1) the graphene / melamine formaldehyde resin composite is used as a carbon and nitrogen source. Nitrogen doped porous carbon was obtained by high temperature pyrolysis and alkali activation. Under the optimum activation temperature of 700 鈩，

本文编号：1610960