多孔碳材料应用于染料敏化太阳能电池对电极的研究

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染料敏化太阳能电池由于成本低廉，制备工艺简单以及光电转化效率高等特点，被认为是新一代能够实现太阳能转换技术的有效器件。对电极作为电池器件中一个重要的组成部分，起到收集从外电路传递来的电子并将碘三根离子还原为碘离子的催化作用。贵金属Pt是最常用的对电极材料。但是Pt对电极的缺点是价格昂贵以及在在腐蚀性电解液中长期稳定性差，从而限制了染料敏化太阳能电池的实际应用。为了解决上述问题，本文选用了价格低廉、性能稳定以及催化性能较好的碳作为替代Pt的对电极材料。同时，为了提高多孔碳对电极的催化活性，进行了如下的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴在柠檬酸的催化作用下，通过调控酚醛树脂与F127有机-有机自组装过程中的甲醛与间苯二酚的摩尔比（1:1,1:2,1:3），获得了高度有序、有序以及无序结构的介孔碳。EIS、Tafel极化、CV测试表明，相比较有序和无序的介孔碳，合成的高度有序介孔碳显著提高了电解液离子的扩散速率。⑵通过一步水热路线，利用可溶性的酚醛树脂作为碳前驱体,聚苯乙烯作为大孔模板以及聚合物 F127作为介孔模板合成了具有大孔-介孔-微孔结构的碳材料。电化学测试表明，相比较其他单一模式的孔结构，多级孔结构的碳材料由于电解液离子扩散能力增强，催化活性位的利用增加，从而表现出更好的电催化性能和光电性能（7.22％）。⑶将不同量的石墨烯 GNS加入到介孔碳 OMC中制备了一系列的OMC/GNS复合组分。EIS，CV和Tafel测试表明合适比例的OMC/GNS复合物能够发挥石墨烯与介孔碳的共组分催化效应，表现出了相对于单一组分石墨烯与介孔碳更加优异的催化活性。⑷通过一步水溶液路线制备氮掺杂的有序体心立方介孔碳并作为对电极材料使用。电化学测试显示，氮含量和氮存在状态能够影响碳对电极的导电性和电荷转移能力，进而调控其催化活性。由于合适的氮含量和较为有利的石墨氮和吡啶氮等状态，较高碳化温度（900 oC）下的含氮介孔碳而表现出了最佳的催化性能和光电效率（5.60%）。

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作者
邵冷冷;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科材料物理与化学
授予学位硕士
导师姓名袁忠勇;
年度 2015
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类太阳能电池;材料分析和计算;
关键词
太阳能电池; 电池材料; 含氮介孔碳; 染料敏化;

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