N摻雜多孔炭基染料敏化太陽能電池對(duì)電極設(shè)計(jì)及性能研究.pdf

1、新型染料敏化太陽能電池（DSSCs），因其價(jià)格低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高與環(huán)境友好性的特點(diǎn)，而受到了廣泛的關(guān)注。對(duì)電極的主要作用為收集外電路電子與催化I3?的還原，其結(jié)構(gòu)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(duì)電極材料。但是Pt價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量低、耐腐蝕性能差，限制其規(guī)?；瘧?yīng)用。碳材料因易于調(diào)變的表面化學(xué)性質(zhì)與孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、低廉的價(jià)格、優(yōu)良的穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)，有望替代貴金屬 Pt成為新一

2、代對(duì)電極材料。然而，較低的催化活性是限制碳材料應(yīng)用于 DSSCs對(duì)電極的瓶頸問題，如何合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成，提高電催化活性是決定碳材料能否應(yīng)用于對(duì)電極材料的關(guān)鍵。
　　煤炭資源的高效深加工利用，是我國(guó)能源可持續(xù)發(fā)展道路的必然選擇。煤瀝青具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、殘?zhí)柯矢叩葍?yōu)勢(shì)。本論文的主要工作是以煤瀝青以及合成瀝青為炭素前驅(qū)體，制備氮摻雜多孔炭材料，研究其作為 DSSCs對(duì)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(dǎo)電性。制備過程中，預(yù)氧化處理對(duì)于提升 NPC的氮含量起到了關(guān)鍵作用。當(dāng)炭化溫度為800 oC，MgO、煤瀝青與三聚氰胺配比為6:1:2時(shí)，NPC的氮含量可達(dá)到4.29 wt.%，比表面積可達(dá)到651 m2 g-1，材料的電催化性能最好，可實(shí)現(xiàn)8.19%的光電轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)有利于材料表面與電解液的充分接觸，提高材料活性位點(diǎn)的利用率。通過對(duì)炭化溫度、原料配比、孔道結(jié)構(gòu)以及炭素前驅(qū)體性質(zhì)的系統(tǒng)考察，探究材料結(jié)構(gòu)與組成對(duì)其光電轉(zhuǎn)換效率的影響規(guī)律。當(dāng)炭化溫度為900 oC，MgO、富氮瀝青配比為6: