染料敏化太陽(yáng)能電池石墨烯基對(duì)電極研究.pdf

1、使用了最先進(jìn)技術(shù)的染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)因其光電轉(zhuǎn)化效率高、制作工藝簡(jiǎn)單、所需成本較低及環(huán)境友好等特點(diǎn)引起了研究人員的極大關(guān)注。DSSCs由吸附有染料的TiO2光陽(yáng)極、含有I3-/I-的電解液和對(duì)電極構(gòu)成。其中，對(duì)電極是DSSCs中極為關(guān)鍵的組成部分，起到了收集光陽(yáng)極中導(dǎo)出的電子并催化還原I3-為I-的作用。傳統(tǒng)的對(duì)電極材料為鉑(Pt)，因其具有良好的催化能力。然而，Pt的

2、價(jià)格昂貴且儲(chǔ)量有限，在液體電解質(zhì)中也極易被腐蝕，這嚴(yán)重制約了DSSCs的大規(guī)模應(yīng)用。因此，探索低成本、高催化活性的Pt替代材料迫在眉睫。
　　炭材料種類豐富且來(lái)源廣泛，并具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和較高的穩(wěn)定性，已被廣泛的應(yīng)用于能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，如炭黑、富勒烯、碳納米管和石墨烯等。石墨烯是一種單原子厚度的二維炭材料，其獨(dú)特的理化特性使其在DSSCs對(duì)電極材料中深受歡迎。本文以石墨烯基材料為研究對(duì)象，分別合成了磷摻雜的石墨烯(PG)和氮、磷

3、共摻雜的石墨烯(NPG)，研究了其作為DSSCs對(duì)電極使用時(shí)對(duì)I3-的催化還原性能。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　以氧化石墨(GO)為碳源，H3PO4為磷源，通過(guò)高溫退火的方法合成了PG。PG很好地維持了石墨烯(G)的二維層狀結(jié)構(gòu)，并且雜原子P的引入產(chǎn)生了了更多的缺陷，改變了G的電子特性和化學(xué)特性。與單純的G和商業(yè)化的Pt對(duì)電極相比，PG對(duì)電極對(duì)I3-的催化還原性能更優(yōu)。考察了不能的原料配比和不同的退火溫度對(duì)PG對(duì)電極性能的影響

4、，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)GO與H3PO4的質(zhì)量比為1:1，退火溫度為800℃時(shí)，DSSCs光電轉(zhuǎn)換效率可實(shí)現(xiàn)最高的7.86％。也研究了其在超級(jí)電容器中的性能，探索了其作為多功能催化劑的潛質(zhì)。
　　以GO為碳源，三聚氰胺和三苯基膦分別作為氮源和磷源，通過(guò)先球磨后高溫煅燒的方法合成了NPG。球磨操作確保了N原子和P原子摻雜到了G的晶格中，使G擁有了豐富的孔洞結(jié)構(gòu)和更多的缺陷位。將其應(yīng)用于DSSCs中時(shí)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)I3-的催化還原性能明顯高于Pt對(duì)電