N摻雜多孔炭基染料敏化太陽能電池對電極設計及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、新型染料敏化太陽能電池(DSSCs),因其價格低廉、制備工藝簡單、能量轉換效率高與環(huán)境友好性的特點,而受到了廣泛的關注。對電極的主要作用為收集外電路電子與催化I3?的還原,其結構與性能是影響DSSCs器件性能的主要因素之一。迄今為止,鉑(Pt)是最為理想的對電極材料。但是Pt價格昂貴、儲量低、耐腐蝕性能差,限制其規(guī)?;瘧谩L疾牧弦蛞子谡{變的表面化學性質與孔結構、良好的導電性、低廉的價格、優(yōu)良的穩(wěn)定性等優(yōu)勢,有望替代貴金屬 Pt成為新一

2、代對電極材料。然而,較低的催化活性是限制碳材料應用于 DSSCs對電極的瓶頸問題,如何合理設計其結構與化學組成,提高電催化活性是決定碳材料能否應用于對電極材料的關鍵。
  煤炭資源的高效深加工利用,是我國能源可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。煤瀝青具有儲量豐富、價格低廉、殘?zhí)柯矢叩葍?yōu)勢。本論文的主要工作是以煤瀝青以及合成瀝青為炭素前驅體,制備氮摻雜多孔炭材料,研究其作為 DSSCs對電極的催化性能。本文的主要研究成果如下:
  以煤

3、瀝青為碳源,三聚氰胺為氮源,MgO為模板劑,制備出煤瀝青基氮摻雜多孔炭材料(NPC)。氮元素的成功引入有效提升了碳材料的電催化活性,而煤瀝青的高芳香性又可提升碳材料的導電性。制備過程中,預氧化處理對于提升 NPC的氮含量起到了關鍵作用。當炭化溫度為800 oC,MgO、煤瀝青與三聚氰胺配比為6:1:2時,NPC的氮含量可達到4.29 wt.%,比表面積可達到651 m2 g-1,材料的電催化性能最好,可實現(xiàn)8.19%的光電轉換效率。

4、r>  以催化縮聚制備具有高芳香性的富氮瀝青為碳源和氮源,MgO為模板劑,通過硬模板法,成功制備高氮含量的氮摻雜三維中空多孔石墨烯球(NHPGB)。NHPGB的高氮含量有效提高材料電催化活性;高度開放的3D中空多孔結構有利于材料表面與電解液的充分接觸,提高材料活性位點的利用率。通過對炭化溫度、原料配比、孔道結構以及炭素前驅體性質的系統(tǒng)考察,探究材料結構與組成對其光電轉換效率的影響規(guī)律。當炭化溫度為900 oC,MgO、富氮瀝青配比為6:

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