高活性氧化铁本征性质及其在钙钛矿太阳能电池中应用的研究

发布时间：2020-12-01 15:12

　　近年来,铁基材料特别是氧化铁由于其广泛的应用而受到极大的关注,如信息传输、催化转化、燃料电池和数据存储材料等。氧化铁无论是作为催化剂载体还是电子传输层材料,在热力学稳定、合成、低毒和环境友好等性质方面都颇具吸引力。尽管如此,氧化铁（主要是α-Fe₂O₃）在醇类氧化反应中表现出较低的活性,而γ-Fe₂O₃则在该类反应中具有优异的选择性、催化活性。基于上述情况,对于不同晶体结构的氧化铁,有必要从理论方面对其催化特性进行深入的研究,从而明确造成他们活性差异的原因。本论文基于周期性密度泛函理论的第一性原理方法,深入研究了α-Fe₂O₃、Fe₃O₄以及γ-Fe₂O₃的催化活性和本征性质,探讨了不同催化剂表面活化氧气分子的影响。其中,除了探究三种氧化铁表面特性以外,还借助对态密度、电荷密度分布及周期性的自然键轨道的分析,深入探究了Fe₃O₄

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：112 页

【文章类型】：博士

【图文】：

氧化亚铁与四氧化三铁晶体结构示意图。

Fe2O3存在多种晶型结构,包括α-Fe2O3、β-Fe2O3、γ-Fe2O3以及ε-Fe2O3,其晶体结构如图1.2所示。α-Fe2O3是自然界最稳定的铁的氧化物,属于菱方晶系,为刚玉型结构,空间群为R 3 c,晶格参数为a=b=5.035?,c=13.747?;α=β=90°,γ=120°。α-Fe2O3晶胞中2/3的八面体位置被Fe3+占据,八面体中Fe-O键由三个相同的长键(2.11?)和三个相同的短键(1.94?)组成。γ-Fe2O3在自然界中以磁赤铁矿形式存在,也是常见的氧化铁的同质异形体,并且可以经过多种方法合成。γ-Fe2O3为立方晶系的反尖晶石结构,空间群为Fd 3 m,晶格参数为a=b=c=8.40?,α=β=γ=90°。γ-Fe2O3中有两种类型的Fe3+,一种为四面体配位(Fetet),另一种为八面体配位(Feoct)。八面体Fe-O键(2.09?)比四面体Fe-O键(1.87?)更长,因此,前者更容易还原和反应。γ-Fe2O3可以写为Fe21 1/3□2 2/3O32,其中铁离子的11.1%为空位(□代表空位)。另外,β-Fe2O3和ε-Fe2O3极不稳定,在自然界并不常见,主要通过实验室调控合成。由于他们特殊的晶体结构,其在电极材料、生物成像和特种航天器材等领域有独特的应用[1]。1.2 氧化铁在多相催化中的应用

3. 电池回路的形成过程:钙钛矿中产生的光生电子与空穴源源不断地被对应传输层收集,通过外电极进入外电路中,从而作为电源对回路供电。在电池工作的过程中,除了以上光电转换的过程,也会存在着一些不利于电流形成的过程,其主要有:


本文编号：2894906