N-TiO2-Carbon復(fù)合物制備及其作為染敏電池對(duì)電極的性能研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)作為一種新型的太陽(yáng)能電池因其具有制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、能量轉(zhuǎn)換效率高以及成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外研究者們的廣泛關(guān)注。染料敏化太陽(yáng)能電池由負(fù)載染料的光陽(yáng)極、對(duì)電極和電解質(zhì)溶液三部分組成，常用的對(duì)電極催化材料為金屬鉑(Pt)，然而Pt是貴金屬，價(jià)格昂貴、儲(chǔ)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(lái)，碳納米材料由于獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用到DSSC對(duì)電極材料當(dāng)中，如炭黑、富勒烯、碳納米管(CNTs)以及石墨烯(Graphene)等。不過(guò)，碳材料本身固有的催化活性和導(dǎo)電能力是處于此消彼長(zhǎng)的狀態(tài)。理想的碳對(duì)電極材料要具有豐富的催化活性位和良好的導(dǎo)電性，如何實(shí)現(xiàn)碳材料催化活性和導(dǎo)電能力的平衡亟需解決。本論文通過(guò)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(dǎo)電能

3、力的CNTs和Graphene基底上，獲得兼具高催化活性和高導(dǎo)電性的復(fù)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(yáng)能電池對(duì)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(dǎo)電載體，以鈦酸異丙酯為鈦源，通過(guò)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(duì)電極催化材料N-TiO2/CNTs復(fù)合物。復(fù)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(fù)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(fù)合物具有更高的對(duì)I3-催化活性和導(dǎo)電能力，當(dāng)將復(fù)合物應(yīng)用到DSSC對(duì)電極中時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到7.16％。
　　以具有高導(dǎo)電能力、大比表面積的Graphene作為導(dǎo)電基底和分散劑，以四氯化鈦為鈦源，通過(guò)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(dǎo)電性的層狀復(fù)合材料N-TiO2/Graphene。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物很好的保持了Graphene