染料敏化太陽能電池石墨烯基對電極的制備與應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今世界能源問題日益嚴峻，因此發(fā)展可再生能源迫在眉睫。常見可再生能源包括風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮芗疤柲艿?，其中染料敏化太陽能電池由于其價格低廉、制備過程簡單環(huán)保、光電轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性高等優(yōu)點而成為研究重點。染料敏化太陽能電池主要由載有納米二氧化鈦的光陽極、電解液及對電極組成，其中對電極的主要作用是收集外電路電子，催化 I3-還原為 I-，保證電池反應(yīng)的快速進行。目前常用的對電極材料為貴金屬鉑(Pt)，但 Pt的儲量有限，且極易被電解液腐蝕

2、，影響電池的穩(wěn)定性，因此發(fā)展高效價廉的Pt替代材料尤為重要。
　　碳納米材料具有獨特的結(jié)構(gòu)特點與物理化學(xué)性質(zhì)，如高比表面積，高導(dǎo)電性，高催化活性，而且成本低，因此可以用來替代染料敏化太陽能電池中傳統(tǒng)的Pt對電極，具有良好的應(yīng)用前景，其中石墨烯（G）更是因為其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。本文以氧化石墨烯（GO）及G為研究對象，分別合成了GO誘導(dǎo)的雙面柱撐聚苯胺（PANI/GO）以及多褶皺雜原子摻雜石墨烯（CHDG），將其用作染料敏化太陽能

3、電池對電極，研究了其對I3-的催化還原性能。研究內(nèi)容主要包括：
　　以GO為基底，低溫條件下，苯胺單體在其片層上原位聚合生成均勻排布的PANI納米錐。GO表面帶有大量含氧官能團，聚合過程中將成為聚合物單體的成核位點，通過控制反應(yīng)條件，單體在石墨烯晶面上成核、生長，得到雙面柱撐聚苯胺結(jié)構(gòu)。與純PANI對電極及Pt對電極相比，PANI/GO復(fù)合材料對電極對I3-具有更優(yōu)的催化活性，這源于雙面柱撐PANI較普通PANI表面形貌發(fā)生改變，

4、因此其催化活性及導(dǎo)電性均得到改善。當(dāng)苯胺單體與GO起始質(zhì)量比為10:1時，DSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率達到最高的8.19±0.08%。
　　以GO為碳源，聚苯乙烯（PS）球為模板，硫脲為氮源及硫源，先水熱后高溫退火處理，制備多褶皺（C）及雜原子摻雜（HD）的石墨烯-CHDG。水熱法石墨烯凝膠形成過程中，PS球與GO片層充分接觸、擠壓，使G片層生成大量褶皺；高溫退火將G進一步還原，同時硫脲高溫分解，N/S原子進入石墨烯晶格缺陷，得到CH