【摘要】：隨著城市化、工業(yè)化程度的提高,以及人們迅速提高的生活水平,能源消耗以及環(huán)境污染將繼續(xù)大幅增長。尋求新的技術(shù)手段為人們提供氫能、太陽能等新能源和清潔的環(huán)境已是迫在眉睫。納米材料由于其較大的比表面積,較強(qiáng)的力學(xué)性能(如強(qiáng)度和韌性等),獨(dú)特的光、電、磁、熱等性質(zhì)已經(jīng)受到世界各國科研工作者的重視,其中鎳基納米材料憑借其資源豐富,成本低廉,反應(yīng)活性高等優(yōu)點(diǎn)在眾多納米材料中脫穎而出,擁有很大的發(fā)展?jié)摿�。因�?基于鎳基納米材料的獨(dú)特的性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用,本論文詳細(xì)討論了鎳基納米材料在光電催化,太陽能電池,鋰離子電池中的應(yīng)用。研究內(nèi)容如下:(1)二維Ni-Ti02納米片的可控制備及其光電催化性能研究。采用溶膠-凝膠法可控合成了二維Ni-Ti02納米片。通過XRD、XPS、TEM、SEM等測試手段對對樣品的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行詳細(xì)的表征。當(dāng)其作為析氧反應(yīng)的光電催化劑時(shí),確實(shí)也表現(xiàn)出較高的催化活性和光敏性。在1.7 V電壓條件下,電流密度為20.05 mAcm-2,比無光照的條件下擴(kuò)大了大約2.25倍。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā),Ni-Ti02在黑暗條件下的塔菲爾斜率是139 mVdec-1。更重要的是,在光照后,塔菲爾斜率顯著降低至91 mVdec-1。我們所提出的Ni-TiO2納米片結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楦庸?jié)能的光電催化提供新的途徑。(2)負(fù)載型Ni-TiO2在鈣鈦礦太陽能電池中的性能研究。能夠顯著增加鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的最優(yōu)條件是0.3wt%Ni-TiO2(0.05),而其中負(fù)載的Ni金屬可以起到提高電子的遷移率、實(shí)現(xiàn)有效的電子轉(zhuǎn)移。在AM1.5G的光照條件下,引入的Ni-Ti02確實(shí)能夠有效的提高的光電轉(zhuǎn)換效率和填充因子,其中光電轉(zhuǎn)換效率從8.73%增加到10.71%。我們的工作提供了一個(gè)有效的方法提高電子的轉(zhuǎn)移,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。(3)“kiwano-like”NiS2納米材料的設(shè)計(jì)合成及鋰離子電池性能研究。通過簡易的水熱法合成了獨(dú)特的“kiwano-like”NiS2空心結(jié)構(gòu),并且通過電化學(xué)測試證實(shí)了當(dāng)用作鋰離子電池正極材料時(shí)確實(shí)具有優(yōu)異的循環(huán)性能,在電流密度50 mAg-1下,100次循環(huán)后仍保持容量為681 mAhg-1,即使在0.2 C的高電流密度下進(jìn)行400次循環(huán)后仍具有優(yōu)異的長壽命循環(huán)穩(wěn)定性(580.6 mAhg-1)。原位TEM分析結(jié)果證實(shí)循環(huán)穩(wěn)定好的原因是鋰化后僅形成單一的中間產(chǎn)物,即Ni3S4,而不是其他的硫化鎳。我們所提出的“kiwano”結(jié)構(gòu)概念將是用于增強(qiáng)電極材料的循環(huán)壽命的實(shí)用結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4;TB383.1;TQ138.13
【圖文】：

走進(jìn)人們的生活，生產(chǎn)中，并為社會(huì)的進(jìn)步作出了巨大的貢獻(xiàn)。納米材料的分類逡逑方法很多，如果按納米尺度在空間的表達(dá)特征進(jìn)行劃分，納米材料可以分為以下逡逑四類：分別是：零維、一維，二維和三維（圖１．１）邋１４；如果按照用途進(jìn)行劃分可逡逑以分為智能材料、儲(chǔ)能材料等，其中例如儲(chǔ)能材料在鋰離子電池等能源開發(fā)利用逡逑方面得到了廣泛的應(yīng)用；如果按照材質(zhì)進(jìn)行劃分可分為金屬材料、無機(jī)材料、有逡逑機(jī)材料等。逡逑ＨＩ邋１逡逑１邋ｍ逡逑圖１．１納米材料的零維（ａ），邋—維（ｂ），二維（ｃ）和三維（ｄ）掃描電子顯微鏡圖像逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ邋（ａ）邋Ｚｅｒｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，邋（ｂ）逡逑Ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，邋（ｃ）邋Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，邋（ｄ）邋Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ．逡逑２逡逑

解液結(jié)的關(guān)系。因此，Ｂｒａｔｔａｉｎ和Ｇａｒｒｅｔｔ以及后來的Ｇｅｒｉｓｃｈｅｒ奠定了現(xiàn)代光電化逡逑學(xué)的基礎(chǔ)。故而，光電化學(xué)（ＰＥＣ）反應(yīng)是指基于半導(dǎo)體和電解質(zhì)之間的界面行為逡逑的化學(xué)反應(yīng)如圖１．２所示。逡逑＾＿邐ｅ－邋…一逡逑ｔｕｃｍｏｉｍ！邋Ｉ逡逑■邐，Ｓ｜邋？邐Ａ逡逑■邐卜邋Ｉ邐■逡逑ｘ￡邐４０Ｈ＂Ｎ逡逑圖１．２光電化學(xué)基本原理示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑４逡逑

提高電荷分離和傳輸效率。電子傳輸材料和空穴傳輸傳輸材料的選取逡逑需要遵循兩個(gè)基本原則，電子傳輸材料的價(jià)帶能級遠(yuǎn)低于鈣鈦礦光吸收層的價(jià)帶逡逑頂，空穴傳輸材料的導(dǎo)帶能級要高于鈣鈦礦材料的價(jià)帶最大值（圖１．３）。然而，逡逑許多研究學(xué)者利用碳代替金屬電極和空穴傳輸材料，主要是由于金屬電極和有機(jī)逡逑空穴傳輸材料價(jià)格昂貴，碳價(jià)格便宜，并且碳是疏水材料可以增加器件環(huán)境穩(wěn)定逡逑性。因此，利用碳充當(dāng)空穴傳輸材料和電極有利于太陽能電池的商業(yè)化發(fā)展。太逡逑陽能電池工作的物理基礎(chǔ)是由愛因斯坦所提出光電效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到鈣鈦礦逡逑表面時(shí)，激發(fā)出光生電子－空穴對，并分別注入到電子傳輸層和空穴傳輸層，最后逡逑經(jīng)外部電路循環(huán)形成回路電流。太陽能電池主要的性能參數(shù)開路電壓（Ｏｐｅｎ－ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑Ｖｏｌｔａｇｅ，簡寫為邋Ｖｏｃ）、短路電流（Ｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｄｅｎｓｉｔｙ，簡寫為邋ｊｓｃ）、填充逡逑因子（Ｆｉｌｌ邋Ｆａｃｔｏｒ，簡寫為ＦＦ）都可從伏安特性中獲取，其體現(xiàn)光伏性能的優(yōu)劣的逡逑光電轉(zhuǎn)換效率（Ｐｏｗｅｒ邋Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 Maxwell Selase Akple;劉敬祥;秦志揚(yáng);S.Wageh;Ahmed.A.Al-Ghamdi;余家國;劉升衛(wèi);;氮自摻雜暴露(001)晶面TiO_2微米片的可見光光催化CO_2還原性能增強(qiáng)（英文）[J];催化學(xué)報(bào);2015年12期

本文編號：2755897