碳量子点制备及其在染敏太阳能电池中的应用

发布时间：2017-05-19 03:05

  本文关键词：碳量子点制备及其在染敏太阳能电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳量子点(CQDs)自2004年首次被发现以来,逐渐受到了众多科研工作者的关注。由于其优良的光学特性,低的毒性,良好的生物相容性,高的稳定性以及简易的表面调控性,使其在生物成像、离子探针、荧光墨水、表面增强拉曼散射等众多领域获得了应用。不过其在能量存储与转换领域,特别在染料敏化太阳电池(DSSCs)方面的应用研究工作仍然比较缺乏。因此,设计和构筑高性能的CQDs,研究和探索其作为DSSCs对电极的性能是一项具有重要意义和挑战性的研究课题。研究工作将拓展CQDs的应用领域,为新型功能CQDs的应用开辟新的技术途径。本论文基于碳量子点构筑了石墨烯量子点硫化钴和生物基碳量子点-聚丙烯腈基碳纤维复合物,研究和探索了碳量子点基复合材料作为DSSCs对电极材料的电催化13-的性能。详细的研究内容和结果如下：以石墨烯为原料,利用化学氧化切割的方法制备了富含大量含氧官能团的GQDs。利用GQDs表面含氧官能团与Co2+之间正负电荷的相互作用力,将Co2+吸附到GQDs的表面,通过电沉积的方法可控CoS的成核和生长,制备了CoS-GQDs复合材料。结果发现,GQDs的加入并没有改变CoS的片状结构,但是片与片的堆积变得非常的致密,片的尺寸变小。当作为DSSCs对电极时,与CoS相比,CoS-GQDs复合材料具有更高的转换效率,达到了7.30%,超过了贵金属Pt(6.94%)。产生上述现象的原因是由于GQDs的加入,使得Co2+通过静电吸附的方式均匀吸附在GQDs的表面,抑制其快速的成核和生长,最终导致小尺寸CoS纳米片的形成,致使其对13-/I‘的催化性能有所提高。以冬青树叶为原料,利用水热的方法制备了具有高电负性的CQDs,利用其在DMF中分散性好以及能有效调变体系电负性的优势,进一步与聚丙烯腈(PAN)共混,纺丝,炭化,成功制备出CQDs-PAN复合碳纤维,并探索了其作为DSSCs对电极材料的电化学性能。研究发现,CQDs的加入完好地保持了PAN的纤维结构,而且通过加入不同量的CQDs,使得混合物的电负性得到调节,成功地调控了PAN纤维的尺寸并促使表面产生缺陷,当CQDs添加量为质量比CQDs:PAN=7.4:100时,PAN-CQDs的尺寸达到最小,为130 nm,更使得表面出现最大量的缺陷位,因而从总体上提高了材料的催化活性,故其光电转化效率也达到了最高的7.33%。
【关键词】：石墨烯量子点 生物基碳量子点 染料敏化太阳能电池 对电极
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 碳量子点的合成方法10-14
• 1.1.1 电化学法10-11
• 1.1.2 水热和溶剂热法11-12
• 1.1.3 炭化处理法12-13
• 1.1.4 激光刻蚀法13-14
• 1.1.5 模版辅助法14
• 1.2 染料敏化太阳能电池的工作原理14-15
• 1.3 染料敏化太阳能电池的对电极材料15-23
• 1.3.1 金属Pt对电极材料16
• 1.3.2 聚合物电极材料16-18
• 1.3.3 硫化物材料18-19
• 1.3.4 炭材料19-23
• 1.4 本论文的研究思路23-25
• 2 石墨烯量子点的制备及其对电极性能研究25-42
• 2.1 实验原料及设备25-26
• 2.1.1 实验原料25-26
• 2.1.2 实验设备26
• 2.1.3 表征仪器26
• 2.2 电沉积和硫化处理制备CoS-GQDs复合物26-28
• 2.2.1 氧化石墨(GO)的制备26-27
• 2.2.2 CoS-GQDs对电极的制备27-28
• 2.3 染料敏化太阳能电池的组装28-29
• 2.3.1 光阳极的制备28
• 2.3.2 DSSCs的组装28-29
• 2.4 结果与讨论29-41
• 2.4.1 石墨烯量子点的形貌分析及粒径的确定29-30
• 2.4.2 石墨烯量子点的光学性质分析30
• 2.4.3 GQDs的组成分析和结构分析30-31
• 2.4.4 CoS-GQDs和CoS的形貌分析31-32
• 2.4.5 CoS-GQDs和CoS的组成分析32-33
• 2.4.6 CoS-GQDs中GQDs存在证明33-34
• 2.4.7 CoS-GQDs电化学性能分析34-39
• 2.4.8 施加电压对DSSCs转化效率的影响39-41
• 2.5 本章小结41-42
• 3 树叶生物基碳量子点的制备及其对电极性能研究42-60
• 3.1 实验原料及设备42-43
• 3.1.1 实验原料42
• 3.1.2 实验设备42-43
• 3.1.3 表征仪器43
• 3.2 混纺技术制备PAN-CQDs碳纤维43-45
• 3.2.1 树叶基碳量子点的制备43-44
• 3.2.2 PAN-CQDs碳纤维的制备44-45
• 3.3 对电极的制备及染料敏化太阳能电池的组装45
• 3.3.1 粘结剂的配制45
• 3.3.2 FTO导电玻璃的预处理45
• 3.3.3 对电极的制备45
• 3.3.4 光阳极的制备和DSSCs的组装45
• 3.4 结果与讨论45-59
• 3.4.1 石墨烯量子点的形貌分析及粒径的确定45-46
• 3.4.2 石墨烯量子点的光学性质分析46-47
• 3.4.3 CQDs的组成分析47-49
• 3.4.4 PAN和PAN-CQDs的形貌分析49-50
• 3.4.5 PAN和PAN-CQDs的结构分析50
• 3.4.6 PAN和PAN-CQDs的比表和孔径分析50-51
• 3.4.7 PAN-CQDs电化学性能分析51-55
• 3.4.8 CQDs加入量对PAN纤维直径的影响55-56
• 3.4.9 CQDs加入量对PAN比表和孔径分布的影响56-57
• 3.4.10 CQDs的加入量对PAN结构的影响57-58
• 3.4.11 CQDs的加入量对DSSCs光电转化效率的影响58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

  本文关键词：碳量子点制备及其在染敏太阳能电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：377627