N-TiO2-Carbon復合物制備及其作為染敏電池對電極的性能研究.pdf

1、染料敏化太陽能電池(DSSC)作為一種新型的太陽能電池因其具有制備工藝簡單、環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高以及成本相對較低等優(yōu)點，受到了國內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。染料敏化太陽能電池由負載染料的光陽極、對電極和電解質(zhì)溶液三部分組成，常用的對電極催化材料為金屬鉑(Pt)，然而Pt是貴金屬，價格昂貴、儲量有限且容易被碘電解質(zhì)腐蝕，影響電池的穩(wěn)定性，降低使用壽命。這些因素大大影響和限制了DSSC的商業(yè)化應(yīng)用。尋找金屬鉑的替代催化材料一直是DSSC研究

2、者們關(guān)注的前沿課題之一。
　　近年來，碳納米材料由于獨特的物理和化學性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用到DSSC對電極材料當中，如炭黑、富勒烯、碳納米管(CNTs)以及石墨烯(Graphene)等。不過，碳材料本身固有的催化活性和導電能力是處于此消彼長的狀態(tài)。理想的碳對電極材料要具有豐富的催化活性位和良好的導電性，如何實現(xiàn)碳材料催化活性和導電能力的平衡亟需解決。本論文通過將具有高催化活性和高穩(wěn)定性的N-TiO2(TiN-TiO2)引入到具有高導電能

3、力的CNTs和Graphene基底上，獲得兼具高催化活性和高導電性的復合材料N-TiO2/CNTs和N-TiO2/Graphene，研究了這兩種材料作為染料敏化太陽能電池對電極材料的催化性能和光電轉(zhuǎn)換效率，主要研究結(jié)果如下:
　　以CNTs為導電載體，以鈦酸異丙酯為鈦源，通過兩步水熱法結(jié)合高溫氨氣處理技術(shù)成功制備出一種新型的對電極催化材料N-TiO2/CNTs復合物。復合物中N-TiO2納米線與CNTs相互交織形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為

4、電解質(zhì)在復合物中的流通提供更廣闊的空間，與單純的CNTs和N-TiO2相比，復合物具有更高的對I3-催化活性和導電能力，當將復合物應(yīng)用到DSSC對電極中時，光電轉(zhuǎn)換效率可以達到7.16％。
　　以具有高導電能力、大比表面積的Graphene作為導電基底和分散劑，以四氯化鈦為鈦源，通過水熱法和高溫氨氣處理制備具有大比表面積、高催化活性及高導電性的層狀復合材料N-TiO2/Graphene。研究發(fā)現(xiàn)，復合物很好的保持了Graphene