石墨烯復合材料的制備及其在光電轉換中的應用.pdf

1、實現(xiàn)太陽能的高效利用是解決目前環(huán)境問題和能源問題的重要途徑。光電轉換利用具有傳輸方便、通用性高、可存儲等特點，是太陽能利用的主要形式之一。2004年首次發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料具有特殊的納米結構和優(yōu)異的性能，在環(huán)境和能源領域顯示了巨大的應用潛能，石墨烯及其復合材料的出現(xiàn)也為光電轉換技術帶來了新的發(fā)展。本論文以氧化石墨烯作為前驅體，采用不同的方法制備石墨烯及其復合物，對產物的結構進行了分析，同時對產物在光電轉換中的應用進行了研究。論文主要內容如下

2、:
　　 1.利用染料敏化太陽能電池(DSSC)結構實現(xiàn)對氧化石墨烯(GO)的可控化原位光電還原。首先對DSSC中的納米TiO2薄膜光陽極的結構進行優(yōu)化，采用大粒徑和小粒徑ZiO2混合物制備減反層以提高電池對太陽能的吸收，通過將四氯化鈦水解沉積在多孔TiO2薄膜光陽極表面以抑制光生電子的復合，經過以上兩種處理使得電池效率由4.32％增加到5.18％。利用優(yōu)化后的DSSC結構進行原位光電還原制備石墨烯（RGO），在該結構中以GO薄

3、膜作為對電極，在光照下光生電子從光陽極轉移到對電極后實現(xiàn)對GO的還原。RGO的還原程度依賴于I-/I3-氧化還原電對的還原電位，通過調節(jié)還原時間或使用不同的電解質可以得到具有不同禁帶寬度的RGO半導體薄膜材料。
　　 2.以氯鉑酸和氧化石墨烯為原料，利用同步電沉積還原的方法制備了Pt/RGO復合物薄膜電極。原料中氯鉑酸和GO的質量比僅為0.04，通過電沉積過程可以將氯鉑酸和GO分別還原為納米Pt顆粒和RGO。納米Pt顆粒通過Pt

4、(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)與RGO表面的含氧基團成鍵而固定在RGO表面。與相同方法制備的Pt電極相比，Pt/RGO復合物具有更快的電子傳輸速率和更小的電荷傳輸阻力。將復合物作為對電極組裝在染料敏化太陽能電池中，電池的光電轉化效率可達4.85％，與Pt電極電池相比增加了36.2％。
　　 3.采用水熱法制備聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾的石墨烯/TiO2復合物，獲得具有高光電性能的石墨烯/TiO2復合物。通過表征發(fā)現(xiàn)，PVP與石墨烯之間的非