ZIF-8衍生的多孔碳作DSSC对电极

根据金属有机框架材料(MOF)衍生的多孔碳的特点,本工作以ZIF-8为前驱体制得氮掺杂多孔碳(NPC)。采用多种表征方式研究了NPC的结构和形貌特点,利用CV曲线研究了NPC的电催化活性,并将其作对电极组装了染料敏化太阳能电池。研究表明,NPC-900的性能最佳,获得了7.1%的光电转化效率,略低于Pt电极的光电转化效率(7.6%)。     

丙基碘化铵掺杂制备稳定高效的FAPbI3钙钛矿太阳能电池

黑色的α相甲脒铅碘(α-FAPbI₃)由于其出色的光电性质在光伏领域受到广泛关注。然而,α-FAPbI₃在室温下容易转变为没有光学活性的黄色相(δ-FAPbI₃),降低器件的光伏性能和稳定性。通过在FAPbI₃前驱液中掺杂丙基碘化铵(PAI),在空气气氛下制备纯α-FAPbI₃薄膜。研究发现,PAI掺杂可以抑制α-FAPbI₃的相转变而不改变其光学带隙。同时,PAI掺杂后的FAPbI₃薄膜的晶体质量、器件光伏性能和稳定性均得到显著提升。掺杂1.0%(摩尔分数)PAI的FAPbI₃钙钛矿电池,其光电转换效率达到22.6%。结果表明PAI掺杂是提高α-FAPbI₃钙钛矿电池光伏性能和稳定性的一种有效策略。     

量子点敏化太阳能电池FTO/CoS/CuS对电极的制备与性能

采用恒电位电沉积法在FTO(fluorine-doped tin oxide)导电玻璃表面依次沉积CoS和CuS,形成FTO/CoS/CuS复合对电极,并用于量子点敏化太阳能电池。确定了电沉积电位和电沉积时间,并考察了电沉积温度对电极形貌及电催化活性的影响。采用SEM和TEM对电极的表面形貌和微观结构进行表征;采用紫外可见分光光度计对电极的光反射性能进行测试;通过测试交流阻抗、Tafel极化曲线、J-V曲线及IPCE谱图对电极的电化学性能进行表征。结果表明,FTO/CoS/CuS对电极具有更高的光反射率及电催化活性。与Au片、FTO/CoS和FTO/CuS对电极相比,光电转化效率分别提高了118.3%、48.8%、26.8%。     

PEDOT:PSS对电极的制备及其光电性能研究

通过DMSO掺杂处理和硫酸后处理两种方法制备了基于聚3,4-亚乙二氧基噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的对电极。采用循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)研究了PEDOT:PSS电极的电化学性质,发现与DMSO处理PEDOT:PSS电极相比,经过硫酸处理的PEDOT:PSS电极对于I3-到I-还原反应具有更高的电催化活性和更小的电荷转移电阻。由纯的和改性PEDOT:PSS对电极分别组装了染料敏化太阳能电池(DSSCs),并研究了其光伏性能。结果表明基于硫酸处理的PEDOT:PSS电极的电池在上述三种类型电池中具有最高的光电转换效率(2. 11%)。     

Cu_2ZnSnS_4纳米片阵列在量子点敏化太阳能电池对电极中的应用

采用气相沉积和离子交换两步法制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)纳米片阵列对电极,应用于量子点敏化太阳能电池(QDSC),并考察其电催化活性和相应器件的光电性能。结果表明:所得样品是由四方晶系CZTS纳米片组装而成的阵列结构;CZTS纳米片阵列为对电极的QDSC的光电转换效率为0.80%,远高于Pt为对电极的QDSC的光电转换效率0.34%。QDSC光电性能的改善归因于CZTS纳米片阵列具有优异的电催化活性。     

硫脲修饰CNTs用于QDSSCs电池对电极的研究

对电极是量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的重要组成部分,起到收集外电路电子和催化还原电解液的作用。本文采用水热法制备硫脲修饰的碳纳米管(CNTs)作为对电极材料,通过XRD和SEM分析了修饰前后CNTs的物相和形貌,利用EIS和CV等电化学手段,结合QDSSCs电池光电转化特性对对电极的特性,进行了研究。结果表明:硫脲修饰有效降低了CNTs对电极的电荷转移阻抗,提高了催化活性;当CNTs与硫脲质量比为1︰0.1时,电池光电转化效率相比纯CNTs电极提高了31%。     

溶剂对刮涂法制备P3HT:PCBM活性层薄膜形貌及光电性能的影响

选用2种混合溶剂氯仿+四氢化萘和二氯苯+氯仿配制活性液,通过刮涂法制备了P3HT∶PCBM活性层,研究了不同溶剂物化参数对P3HT∶PCBM活性层薄膜形貌及其组装电池光电性能的影响。应用显微图像分析仪、紫外可见分光光度计和台阶仪对P3HT∶PCBM活性层薄膜形貌进行了表征;采用X-射线衍射仪和紫外可见分光光度计分别测试了P3HT∶PCBM活性层的晶型结构和吸收光谱;在AM 1.5G、100mW/cm2光照下,测试了电池的光电性能。结果表明:采用二氯苯+氯仿(9∶1)混合溶剂较氯仿+四氢化萘(19∶1)混合溶剂制备的薄膜具有良好的均一性、平滑度、晶体结构,长吸收波长,用其组装的大面积(4cm2)柔性有机太阳能电池光电转换效率提高37%。     

高比表面积碳化钨制备及其在锂空气电池中电催化性能研究

锂空气电池具有高能量密度和良好的发展前景,但其循环性能仍不能满足使用要求,而空气电极侧(即正极)的电化学反应对电池的循环可逆性具有显著影响,正极催化剂的引入可以显著改善电池的循环性能。以高比表面积的石墨相氮化碳介孔材料作为模板和碳源,以六氯化钨为钨源,通过高温反应制备具有较高比表面积的碳化钨材料,并以该碳化钨作为锂空气电池的正极催化剂。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、物理吸附等对合成的样品进行表征,结果表明制备的样品为碳化钨材料,并且具有较高的比表面积。采用电化学测试方法研究了碳化钨材料在锂空气电池中的电催化效果,结果表明该碳化钨材料在锂空气电池中具有良好的电催化性能,电池可以保持较长时间的稳定循环状态。     

金属有机框架材料的合成及在电催化反应中的应用

电催化反应在现代储能和转化中扮演关键角色，先进的电催化剂有助于降低电化学反应过程的能耗并提高反应效率。金属有机框架材料(MOFs)由有机连接体和金属节点构建而成，因其具备高比表面积、大孔隙率、可调谐孔径和灵活功能，成为备受瞩目的多孔晶体材料之一，同时在电催化研究领域获得广泛的探索。介绍了MOFs材料的设计理念和合成方法，探讨其在电催化反应中的应用和提升相应领域内MOFs材料活性的主要研究方向，主要涵盖HER、OER、ORR和CO₂RR领域。此外，还总结了提高MOFs材料电催化性能的基本原则，探讨了该快速发展领域面临的挑战和未来发展方向。     

固相研磨法制备ZnO光阳极及其染料敏化太阳能电池性能

光阳极是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简称DSSCs)的重要组成部分,它起着负载染料和传输电子的作用。ZnO是常用的光阳极材料之一。本文以Zn(NO3)2·6H2O和NaOH为原料,采用固相研磨法在FTO导电玻璃上制备了ZnO光阳极,并组装成DSSCs。主要研究了水的用量、反应温度和煅烧温度等对ZnO光阳极和DSSCs电池性能的影响。采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO光阳极进行物相和形貌表征,采用太阳光模拟器,电化学工作站和量子效率测试仪对电池性能进行分析。结果表明:当水和NaOH的质量比为1:1、反应温度为75℃,并且光阳极的煅烧温度为450℃时所制备的电池性能最佳,其光电转化效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)为5.51%,开路电压(Open-circuit voltage,简称Voc)为0.70 V,短路电流密度(Short-circuit current density,简称Jsc)为12.72 m A/cm~2,填充因子(Fill factor,简称FF)为0.62。     

温度对单晶硅电池光电转化效率的影响

在真空环境下,分别测量了83.15～353.15 K单晶Si光伏电池的电流-电压(I-V)特性曲线,并对相应温度下的开路电压(V_(oc))、短路电流(I_(sc))、最大功率点(P_(max))、填充因子(f_F)以及光电转化效率(η)进行了分析。通过对不同温度下的数据进行比较,发现I_(sc)随温度升高而升高,平均升高速率为0.0083 mA/K,在研究温度区间内总上升幅度为5.83%;V_(oc)。随温度升高而降低,平均降低速率为1.8 mV/k,在研究温度区间内总下降幅度为20.74%;填充因子以及光电转化效率随温度上升均近似为直线下降,下降速率分别为0.36×10~(-3)/K和0.021%/K,在研究温度区间内总下降幅度分别为9.75%、5.71%。温度升高,光伏电池禁带宽度变窄,在吸收更多光子的同时,载流子的再复合作用也得到增强,二者共同作用使得光伏电池的光电转化效率下降。     

Fe、N共掺杂的ZIF衍生碳材料在锌-空气电池中的应用

采用吸附法将Fe引入沸石咪唑酯框架结构(ZIF)衍生的N掺杂的碳材料制备出了Fe、N共掺杂的Fe/N-C催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂物相、形貌、组分等进行了分析,并利用电化学分析方法对催化剂的ORR电化学性能进行了研究。通过不同的表征手段证明Fe成功地掺杂进入了ZIF衍生的N掺杂的碳框架中。Fe/N-C催化剂中Fe元素和N元素的共掺杂可以提供更多的氧还原反应活性位点,丰富的碳材料保证了材料优异的导电能力,其起始电位、半波电位和极限电流密度都可与商用的贵金属Pt/C催化剂相媲美。在锌-空气电池的测试中Fe/N-C表现出了与商业催化剂接近的功率密度,并且能够持续点亮3V的LED器件长达8h,说明Fe/N-C催化剂在氧还原催化活性上有替代当前所使用的贵金属催化剂的潜力。     

Co_3O_4镀银对BH_4~-水解的抑制及在DBFC中的应用

硼氢化物水解是导致直接硼氢化物燃料电池(DBFC)燃料效率下降的主要问题之一。将Co_3O_4用于DBFC阳极催化剂并通过镀银处理以降低水解反应。以CoCl_2·6H_2O为原料制备Co_3O_4,并通过银镜反应对其进行镀银处理,制得Co_3O_4@Ag。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)对其进行物理表征,通过交流阻抗(EIS)、计时电流(CA)和电池测试对其电化学性能进行表征。结果表明,利用银镜反应成功地将Ag引入到催化剂体系,且Co_3O_4@Ag催化材料的含银量为2%。电化学测试表明,与Co_3O_4相比Co_3O_4@Ag具有更高的电催化活性。以Co_3O_4@Ag为阳极催化剂组装的燃料电池在室温下最大功率密度(55 m W·cm~(-2))和比容量(971 m A·h·g~(-1))较Co_3O_4分别提高了44.7%和32.1%,阳极催化剂性能得到显著提高。Ag在抑制水解反应的同时与Co_3O_4体现了协同催化的作用。     

取代联噻吩染料敏化剂的合成与光伏性能

合成了以三苯胺为电子给体,氰基乙酸为电子受体,乙烯基单噻吩、乙烯基联噻吩和乙烯基烷基取代联噻吩作为共轭桥链的4个有机染料TD1、TD2、TD3和TD4。用核磁共振、质谱和傅里叶变换红外光谱对其结构进行了表征。通过电池性能、吸收和发射光谱分析及电化学测试,研究了增加共轭桥链、引入烷基链及烷基链的长短对染料光物理、电化学和光伏等性能的影响。结果表明,引入烷基链可以显著地提高短路电流和开路电压,并获得了较高的光电转化效率。其中以己基取代联噻吩作为共轭桥链的TD3,表现出最大的光电转化效率6.78%,达到了相同条件下测得的N719(7.64%)光电转化效率的88.7%。     

取代联噻吩染料敏化剂的合成与光伏性能研究

合成了以三苯胺为电子给体,氰基乙酸为电子受体,乙烯基单噻吩、乙烯基联噻吩和乙烯基烷基取代联噻吩作为共轭桥链的4个有机染料TD1、TD2、TD3和TD4。用核磁共振、质谱和傅里叶变换红外光谱对其结构进行了表征。通过电池性能、吸收和发射光谱分析及电化学测试,研究了增加共轭桥链、引入烷基链及烷基链的长短对染料光物理、电化学和光伏等性能的影响。结果表明,引入烷基链可以显著地提高短路电流和开路电压,并获得了较高的光电转化效率。其中以己基取代联噻吩作为共轭桥链的TD3,表现出最大的光电转化效率6.78%,达到了相同条件下测得的N719(7.64%)光电转化效率的88.7%。     

钙钛矿太阳能电池中TiO_2电荷传输性能调控的研究

采用水热/溶剂热法制备了3种锐钛矿TiO_2(纳米颗粒、纳米棒和纳米片),分别主要暴露(101)、(010)、(001)晶面。电化学阻抗谱和荧光光谱分析表明,3种TiO_2的电荷传输性能顺序为:TiO_2纳米颗粒TiO_2纳米棒TiO_2纳米片。将其作为电荷传输层分别应用于钙钛矿太阳能电池(FTO/致密层TiO_2/介孔层TiO_2/CH_3NH_3PbI3/Spiro-OMe TAD/Ag)中,发现电池的光电转化效率与TiO_2的电荷传输性能成正相关,即暴露(101)晶面的锐钛矿TiO_2纳米颗粒基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率最高,可达13. 53%。     

Pt_3Fe/MWCNTs燃料电池催化剂的制备及性能研究

采用微波法、回流法,通过自还原的方式制备了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用的Pt_3Fe/MWCNTs催化电极。利用X射线衍射光谱(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的微观结构和形貌进行了表征。采用循环伏安(CV)和线性扫描伏安法(LSV)对其电化学性能进行了测试。结果表明,采用采用微波法、回流法,通过自还原的方式制备制得的质子交换膜燃料电池Pt_3Fe/MWCNTs催化剂的颗粒粒径细小、分散性好,催化活性高,稳定性好,为制备Pt_3Fe MWCNTs催化剂工业化进程打好了基础。     

Fe_3O_4@PFR纳米磁流体的制备及其表征

以硫酸亚铁、苯酚和六次甲基四胺为原料,采用水热法制备出酚醛树脂(PFR)包覆的Fe3O4(Fe3O4@PFR)纳米粒子,分散于离子水中,得水基Fe3O4@PFR磁性纳米流体,经过X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动磁强计(VSM)进行表征。结果表明,Fe3O4纳米晶体的平均粒径为20 nm,在室温下表现为超顺磁性,Fe3O4@PFR磁性纳米流体具有很好的稳定性和生物相容性。     

水热法制备多级结构ZnO微球及其电池性能

采用水热法,以尿素和硝酸锌为原料,制备了具有多级结构的ZnO微球并将其应用于染料敏化太阳能电池中。主要研究尿素和硝酸锌摩尔比、浆料制备工艺和膜厚对电池性能的影响。采用X射线衍射、扫描电子显微镜对所制备的ZnO粉体和膜的微观结构进行了表征,采用电化学工作站分析了电池的电子传输性能,并测试了电池的电流一电压(I-V)曲线。结果表明:当尿素与硝酸锌摩尔比为3:1时,采用先漩涡超声再球磨工艺制备的浆料,所得的ZnO基电池光电性能较好,光电转换效率达到4.82%。     

改性海藻酸钠薄膜中嵌入纳米α-Fe2O3-TiO2光催化性能的研究

采用sol-gel方法制备了纳米Fe2O3、TiO2及Fe2O3-TiO2粉体,并以其作为前驱体制得该纳米微粒与海藻酸钠的复合膜。以X-射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(I-V)等物理化学方法探讨了各种复合薄膜的表面结构与催化活性。紫外一可见吸光光度法等矿究结果表明,以杀菌紫外灯作光源,亚甲基蓝在纳米Fe2O3、TiO2及α—Fe2O3-TiO2与海藻酸钠的复合膜悬浮溶液中,可被快速脱色降解,在α—Fe2O3中加入15％的TiO2后,α-FeO3-TiO2复合晶体比单一的α-Fe2O3或TiO2具有更高的光降解活性。