本文選題：碳納米纖維 + 對電極材料　； 參考：《河北大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：作為第三代太陽能電池,染料敏化太陽能電池(Dye sensitized solar cell,DSC)因具有生產(chǎn)成本低廉、能量轉(zhuǎn)化效率高、制備工藝簡單以及環(huán)境友好等優(yōu)點,而備受關(guān)注。DSC通常由三個部分組成:吸附有染料的半導(dǎo)體薄膜光陽極、電解液和對電極。半導(dǎo)體材料通常為TiO_2,染料為N719,電解液中含有I3-/I-氧化還原電對,傳統(tǒng)的對電極催化材料為鉑(Pt)。然而,Pt是貴金屬,不僅價格昂貴且存儲量有限,限制了DSC的發(fā)展。另外,Pt易被電解液中的I3-/I-腐蝕,進(jìn)而影響DSC的穩(wěn)定性。因此,為了降低DSC成本并提高其穩(wěn)定性,研究開發(fā)低成本、高效且耐腐蝕的非鉑催化材料勢在必行。復(fù)合材料在能源轉(zhuǎn)換、能源存儲以及有機(jī)合成等領(lǐng)域有望代替貴金屬鉑,近年來,吸引了科研工作者的研究熱情。本工作以開發(fā)復(fù)合材料為切入點,設(shè)計并合成了基于碳納米纖維載體的硫化物、合金、氧化物等一系列復(fù)合對電極材料,并將其用作染料敏化太陽能電池的對電極,組裝光電器件,研究其光電性能,獲得了較高的能量轉(zhuǎn)化效率。首先,采用靜電紡絲技術(shù)制備碳納米纖維,利用水熱合成法設(shè)計并合成了四硫化三鈷納米顆粒,并將其負(fù)載到碳納米纖維表面制備低成本復(fù)合材料(Co3S4/ECs)。利用球磨和噴涂技術(shù)制備對電極,應(yīng)用到DSC中研究復(fù)合材料的光電性能。結(jié)果顯示,在新型Co3+/Co2+電解液體系中,復(fù)合對電極材料Co3S4/ECs表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Pt,說明制備基于碳納米纖維的高效低成本復(fù)合對電極材料的方法是可行的。其次,基于碳納米纖維載體,采用一鍋法,在不添加其它封端劑的條件下合成了碳納米纖維負(fù)載的Pt_3Ni合金復(fù)合材料(Pt_3Ni/CNs),并對Pt_3Ni/CNs復(fù)合材料進(jìn)行過渡金屬鉻(Cr)摻雜,制備碳納米纖維負(fù)載Cr摻雜的Pt_3Ni合金復(fù)合材料(Cr-Pt_3Ni/CNs),以期提高復(fù)合材料的催化性能。用上述方法將兩種復(fù)合材料制備對電極,結(jié)合I3-/I-電解液研究其光電性能。實驗結(jié)果表明,復(fù)合材料Pt_3Ni/CNs表現(xiàn)出很高的催化性能,獲得了8.34%的能量轉(zhuǎn)化效率,高于相同條件下制備的Pt對電極(7.04%)。Cr摻雜后,復(fù)合材料的催化性能進(jìn)一步得到提高,能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)8.76%。以上所有數(shù)據(jù)表明制備復(fù)合對電極材料是開發(fā)高效低成本對電極材料的一種有效方法,同時也證明,對材料進(jìn)行過渡金屬摻雜有利于提高其催化性能。最后,采用水熱合成法合成了二氧化錳,用其對碳納米纖維進(jìn)行表面包覆,制備MnO_2包覆的碳納米纖維復(fù)合對電極材料(MnO_2/CNFs),并研究了不同MnO_2膜厚對復(fù)合材料催化性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)碳納米纖維表面的MnO_2膜厚約為100 nm時,其催化性能最高,以此復(fù)合材料制備對電極組裝DSC,表現(xiàn)出優(yōu)于Pt的光電性能。綜上所述,本文設(shè)計并合成了基于碳納米纖維載體的復(fù)合對電極材料,并將其應(yīng)用到DSC對電極中研究其光電性能。復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)Pt對電極的催化性能,極大地拓寬了對電極材料的取材范圍,降低了染料敏化太陽能電池的制備成本,增強(qiáng)了DSC的市場競爭力。
[Abstract]:浣滀負(fù)絎笁浠ｅお闃寵兘鐢墊睜,鏌撴枡鏁忓寲澶槼鑳界數(shù)姹，

本文編號：1838062