本文關(guān)鍵詞：功能化碳微球和石墨烯的制備及其光學(xué)性能

  更多相關(guān)文章： 碳微球 石墨烯 光學(xué)性能 聚合物太陽能電池

【摘要】：隨著全球的化石能源日益枯竭和環(huán)境污染,太陽能作為一種新型環(huán)保的可再生能源,顯然是“取之不盡,用之不竭”。將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能加以利用的太陽能電池應(yīng)運(yùn)而生且成為研究熱點(diǎn)。而基于共軛聚合物電子給體材料和碳電子受體材料的聚合物太陽電池因其成本低廉、取材方便、重量輕、制備過程簡(jiǎn)單和柔性可制備器件等許多優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。富勒烯衍生物(PCBM)作為聚合物太陽能電池(PSCs)成功的受體材料由于其結(jié)構(gòu)的限制,對(duì)于PSCs的溶液化處理進(jìn)一步優(yōu)化是困難的,其效率相對(duì)于無機(jī)太陽能電池來說是一直較低。碳微球(CMSs)和石墨烯由于其結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性,在光、電、熱、力學(xué)等方面具有優(yōu)異的特性成為潛在PSCs的電子受體材料。本論文主要是在CMSs和石墨烯制備的基礎(chǔ)上,對(duì)水熱法結(jié)合退火處理制備的多孔碳微球(PCMSs),用銀納米顆粒(Ag NPs)進(jìn)行表面修飾和包覆改性處理；對(duì)水熱法還原氧化石墨烯進(jìn)行功能化。通過結(jié)構(gòu)和性能的表征與分析,討論了各種材料作為PSCs受體材料的可行性。主要研究結(jié)果如下：1. PCMSs與聚3-己基噻吩(P3HT)復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能。水熱法制備的CMSs經(jīng)退火處理后,制得表面粗糙、粒徑均勻、含有大量含氧官能的PCMSs。(1)隨著葡萄糖溶液濃度的增加PCMSs的粒徑增大,其中直徑為100nm且具有多孔結(jié)構(gòu)的PCMSs與P3HT能級(jí)匹配且在有機(jī)溶劑中有良好的相容性,作為PSCs的受體材料可行。(2)在P3HT和PCMSs共混質(zhì)量比為2：1,旋涂轉(zhuǎn)速為2000 rpm, P3HT濃度為20 mg/mL(即PCMSs濃度為10 mg/mL)時(shí),制得P3HT:PCMSs復(fù)合膜的性能最優(yōu)；P3HT:PCMSs復(fù)合膜的最佳退火溫度和退火時(shí)間分別為120℃和10 min。2. Ag/PCMSs與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能。利用水熱法制備并在600℃和800℃退火處理的兩種PCMSs,經(jīng)浸漬還原法將Ag NPs負(fù)載到PCMSs的表面上制得Ag/PCMSs的復(fù)合材料。(1)退火溫度對(duì)PCMSs的結(jié)構(gòu)沒有產(chǎn)生明顯影響,晶體無變化且粒徑均勻無團(tuán)聚,兩種PCMSs的表面都被負(fù)載16 nm左右且分布均勻的AgNPs; Ag NPs主要是借助于物理作用沉積負(fù)載到PCMSs表面；退火溫度高,制得Ag/PCMSs的穩(wěn)定性高。(2)退火溫度為600℃的PCMSs及Ag/PCMSs在氯苯中分散性良好。對(duì)其進(jìn)行能級(jí)分析,它們的最低未占分子軌道(LUMO)能級(jí)差和最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級(jí)差大于0.3 eV,證明這種材料都能夠滿足PSCs受體材料的能級(jí)要求。(3) P3HT:Ag/PCMSs復(fù)合膜中引入的退火溫度為600℃時(shí)PCMSs, AgNO3的加入量為1 mL(每50 mg PCMSs)時(shí)制備的復(fù)合材料1.0-Ag/PCMSs,復(fù)合膜在可見光區(qū)的吸光寬度變大,復(fù)合膜光致發(fā)光(PL)譜強(qiáng)度最低。3. Ag@C與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能。以葡萄糖為碳源、硝酸銀為銀源,在溫度200℃、反應(yīng)時(shí)間4h的水熱條件下制備球形核殼結(jié)構(gòu)碳銀復(fù)合材料Ag@C。(1)粒子直徑隨著葡萄糖濃度的增大而增加,葡萄糖濃度為0.3 mol/L時(shí)制備的0.3-Ag@C粒徑最小、粒徑分布最窄且銀含量最大。通過對(duì)其進(jìn)行能級(jí)測(cè)試,給受體能級(jí)差大于0.3 eV,0.3-Ag@C可以作為PSCs受體材料。(2) 0.3-Ag@C與P3HT共混后,所得P3HT:0.3-Ag@C復(fù)合膜PL強(qiáng)度較純P3HT明顯降低,發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象,說明光生激子在復(fù)合膜界面處得到有效分離,且當(dāng)P3HT與0.3-Ag@C質(zhì)量比為2：1時(shí)共混制成的復(fù)合膜拓寬了光譜吸收范圍,猝滅現(xiàn)象最明顯。4.功能化還原氧化石墨烯與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能。采用Hummers方法制備氧化石墨(GO),水熱法對(duì)GO分別還原5h和10h制得兩種還原氧化石墨烯(5-RGO和10-RGO),進(jìn)一步用異氰酸苯酯對(duì)還原前后的氧化石墨烯材料進(jìn)行改性,即得功能化氧化石墨烯和功能化還原氧化石墨烯(SPFGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO);以此三種功能化石墨烯材料為電子受體,P3HT為電子給體,制備復(fù)合膜。通過對(duì)樣品形貌、結(jié)構(gòu)、分散性、能級(jí)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能分析得出：(1)通過水熱法還原GO制得RGO,所得產(chǎn)物晶型結(jié)構(gòu)有所破壞,無序度增加,氧含量下降明顯,含氧官能團(tuán)未完全除去。(2)經(jīng)異氰酸苯酯功能化處理后,得含有-CONH、C-N、N-H等官能團(tuán)的SPFGO、5-SPFRGO和10-SPFRGO,三種功能化石墨烯材料在鄰二氯苯(o-DCB)中分散性良好；通過能級(jí)分析,它們與P3HT的LUMO能級(jí)差和HOMO能級(jí)差大于0.3 eV,證明這幾種功能化的氧化還原石墨烯能夠滿足PSCs受體材料的能級(jí)要求。(3)P3HT:SPFGO、P3HT:5-SPFRGO和P3HT:10-SPFRGO復(fù)合膜通過原子力顯微鏡(AFM)圖像、紫外可見分光吸收光(UV-Vis)譜圖和光致PL分析可知,P3HT:5-SPFRGO薄膜結(jié)構(gòu)致密,規(guī)整性較好；GO經(jīng)5h還原后改善了復(fù)合膜的光吸收效率；PL譜強(qiáng)度降低,其電性能有所提高,可增加載流子的遷移率,有效地降低激子復(fù)合。氧化石墨烯還原5h并進(jìn)一步功能化的5-SPFRGO能夠作為聚合物太陽能電池的受體材料。
【關(guān)鍵詞】：碳微球 石墨烯 光學(xué)性能 聚合物太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O613.71;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-56
• 1.1 太陽能電池發(fā)展歷程16-18
• 1.2 聚合物太陽能電池的簡(jiǎn)介18-23
• 1.2.1 聚合物太陽能電池的工作原理18-20
• 1.2.3 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)20-23
• 1.3 聚合物太陽能電池的材料23-31
• 1.3.1 給體材料24-28
• 1.3.2 受體材料28-31
• 1.4 碳微球31-34
• 1.4.1 碳微球的制備方法31
• 1.4.2 碳微球表面改性與功能化31-33
• 1.4.3 碳微球在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用33-34
• 1.5 石墨烯34-39
• 1.5.1 石墨烯的性質(zhì)35
• 1.5.2 石墨烯的制備方法35-37
• 1.5.3 石墨烯在聚合物太陽能電池中應(yīng)用37-39
• 1.6 研究目的及內(nèi)容39-42
• 1.6.1 研究目的39-40
• 1.6.2 研究內(nèi)容40-42
• 參考文獻(xiàn)42-56
• 第二章 多孔碳微球與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能56-84
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分57-61
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑57
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器57-58
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟58-59
• 2.1.4 表征與分析59-61
• 2.2 結(jié)果與討論61-78
• 2.2.1 PCMSs形貌分析61-63
• 2.2.2 PCMSs官能團(tuán)分析63-64
• 2.2.3 PCMSs能級(jí)分析64-65
• 2.2.4 P3HT：PCMSs復(fù)合膜的分析65-78
• 2.3 結(jié)論78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 第三章 Ag-PCMSs與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能84-112
• 3.1 實(shí)驗(yàn)部分85-89
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑85-86
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器86
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟86-88
• 3.1.4 表征與分析88-89
• 3.2 Ag/PCMSs復(fù)合材料的結(jié)果與討論89-102
• 3.2.1 Ag/PCMSs復(fù)合材料形貌分析89-90
• 3.2.2 Ag/PCMSs復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析90-97
• 3.2.3 樣品在氯苯中的分散性分析97-98
• 3.2.4 能級(jí)分析98-100
• 3.2.5 復(fù)合膜光學(xué)性能分析100-102
• 3.3 Ag@C復(fù)合材料的結(jié)果與討論102-107
• 3.3.1 Ag@C復(fù)合材料形貌分析102-103
• 3.3.2 Ag@C復(fù)合材料熱重分析103
• 3.3.3 Ag@C復(fù)合材料超微觀分析103-104
• 3.3.4 Ag@C復(fù)合材料能級(jí)分析104-105
• 3.3.5 P3HT：Ag@C復(fù)合膜光學(xué)性能分析105-107
• 3.4 小結(jié)107-109
• 參考文獻(xiàn)109-112
• 第四章 功能化還原氧化石墨烯與P3HT復(fù)合膜的制備及其光學(xué)性能112-134
• 4.1 實(shí)驗(yàn)部分113-117
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑113-114
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器114
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟114-116
• 4.1.4 表征與分析116-117
• 4.2 結(jié)果與討論117-129
• 4.2.1 氧化石墨烯的形貌分析117
• 4.2.2 氧化石墨烯、還原氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)分析117-122
• 4.2.3 功能化還原氧化石墨烯的官能團(tuán)分析122-124
• 4.2.4 樣品在溶劑中的分散性分析124-125
• 4.2.5 能級(jí)分析125-126
• 4.2.6 復(fù)合膜的形貌分析126-128
• 4.2.7 復(fù)合膜光學(xué)性能分析128-129
• 4.4 小結(jié)129-131
• 參考文獻(xiàn)131-134
• 第五章 結(jié)論與展望134-138
• 5.1 結(jié)論134-135
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)135
• 5.3 展望135-138
• 博士期間的研究成果138-140
• 致謝140

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無機(jī)非金屬復(fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：791464