碳球和碳化鉬球的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：作為染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells,DSCs)重要的組成部分,對電極既起到催化劑的作用,也為氧化還原電對再生反應(yīng)提供場所。雖然,傳統(tǒng)的鉑(Pt)對電極是很好的催化材料,但是自身存在不足。它成本昂貴、儲量有限,并且易被電解液腐蝕。從長遠(yuǎn)看,這些不足限制Pt在DSCs中的應(yīng)用。本文主要開發(fā)球形催化材料,包括球形碳和球形碳化鉬,并對其進(jìn)行形貌表征、性能測試,具體內(nèi)容如下:采用水熱法成功合成實(shí)心碳球(SCS)、空心碳球(HCS)和開口空心碳球(OCS),并將其作為對電極催化材料分別應(yīng)用到以I3-/I-和T2/T-為氧化還原電對的DSCs中。形貌表征結(jié)果顯示,SCS和HCS呈現(xiàn)漂亮的球形結(jié)構(gòu),OCS呈現(xiàn)了開口的球形結(jié)構(gòu)。性能測試結(jié)果表明,無論在傳統(tǒng)的I3-/I-電解液還是新型的T2/T-電解液里,三種碳球具有出色的催化性能,其中OCS表現(xiàn)最佳,這主要得益于OCS表面的開口,可以使電解液很好地滲透到碳球的內(nèi)部,使碳球內(nèi)表面得到充分利用。開口空心碳球不僅可以在DSCs中應(yīng)用,而且對于藥物傳遞、納米器件和吸附等領(lǐng)域也具有重要意義。同樣采用水熱法成功合成碳化鉬球(Mo2C-MSs),并將其作為對電極材料應(yīng)用到DSCs中。分別進(jìn)行表征、測試和分析,無論在傳統(tǒng)的I3-/I-電解液還是新型的T2/T-電解液里,Mo2C-MSs表現(xiàn)出不俗的催化活性。在I3-/I-電解液中的電池效率達(dá)到7.28%,在新型T2/T-電解液中,Mo2C-DSCs獲得5.47%的電池效率,超過Pt-DSCs的3.91%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Mo2C-MSs不僅適用于I3-/I-體系,而且也適用于T2/T-體系。綜上所述,本文的球形碳和球形碳化鉬可以在一定程度上擴(kuò)展DSCs對電極的取材空間,降低DSCs的成本,這將促進(jìn)DSCs的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 【關(guān)鍵詞】：對電極 催化 碳球 碳化鉬球 新型電解液
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O611.4;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-28
• 1.1 引言9-10
• 1.2 染料敏化太陽能電池10-11
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的發(fā)展10
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的組成部分及原理10-11
• 1.3 染料敏化太陽能電池對電極材料11-27
• 1.3.1 Pt對電極11-14
• 1.3.2 非Pt金屬材料14-15
• 1.3.3 碳材料15-18
• 1.3.4 聚合物18-20
• 1.3.5 無機(jī)化合物20-27
• 1.3.5.1 碳化物20-22
• 1.3.5.2 氮化物22-24
• 1.3.5.3 氧化物24-25
• 1.3.5.4 硫化物25-26
• 1.3.5.5 磷化物26
• 1.3.5.6 硒化物26
• 1.3.5.7 碲化物26-27
• 1.3.5.8 硅化物27
• 1.4 選題意義27-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及主要的測試方法28-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和原料28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)表征方法和測試手段29-32
• 2.3.1 掃描電鏡29-30
• 2.3.2 透射電鏡30
• 2.3.3 X-射線衍射30
• 2.3.4 傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析30
• 2.3.5 熱重分析30
• 2.3.6 循環(huán)伏安30-31
• 2.3.7 電化學(xué)阻抗31
• 2.3.8 塔菲爾極化曲線31
• 2.3.9 電流-電壓曲線31-32
• 第3章 碳球的合成及應(yīng)用研究32-45
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 實(shí)心碳球、空心碳球和開口空心碳球的合成32-33
• 3.2.2 電極的制備與電池的組裝33-34
• 3.3 結(jié)果和討論34-44
• 3.3.1 SCS、OCS和HCS的合成與表征34-38
• 3.3.1.1 碳球的合成機(jī)理34-35
• 3.3.1.2 形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析35-36
• 3.3.1.3 紅外光譜分析36-37
• 3.3.1.4 熱重量分析37
• 3.3.1.5 XRD分析37-38
• 3.3.2 SCS、OCS和HCS在以I3-/I-為電對的DSCs中的應(yīng)用38-40
• 3.3.3 SCS、OCS和HCS在以T2/T-為電對的DSCs中的應(yīng)用40-41
• 3.3.4 SCS、OCS和HCS對T2/T-電對催化機(jī)理研究41-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 Mo2C球的合成及應(yīng)用研究45-52
• 4.1 引言45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45-46
• 4.2.1 Mo2C球的合成45
• 4.2.2 電極的制備與電池的組裝45-46
• 4.3 結(jié)果和討論46-51
• 4.3.1 Mo2C-MSs的表征46-47
• 4.3.1.1 形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析46
• 4.3.1.2 XRD分析46-47
• 4.3.2 Mo2C-MSs在以I3-/I-為電對的DSCs中的應(yīng)用47-48
• 4.3.3 Mo2C-MSs對I3-/I-電對催化機(jī)理研究48-49
• 4.3.4 Mo2C-MSs在以T2/T-為電對的DSCs中的應(yīng)用49-50
• 4.3.5 Mo2C-MSs對T2/T-電對催化機(jī)理研究50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 結(jié)論和展望52-53
• 參考文獻(xiàn)53-63
• 致謝63-64
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果清單64

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