基于类沸石咪唑金属骨架化合物硫化物薄膜的光电性能研究

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类沸石咪唑金属化合物(ZIFs)具有无机沸石与金属有机骨架(MOFs)的结构优点:孔道结构规则、比表面积高以及物理化学稳定性良好等。ZIFs硫化物增强了ZIFs材料的导电性,孔结构增大了比表面积,提供了丰富的活性位点。本文采用浸渍法将ZIFs直接生长在掺氟导电玻璃(FTO)上,再利用化学气相沉积法进行硫化,得到具有ZIFs骨架结构的硫化物薄膜。将该薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)的对电极,探究其对I3ˉ的氧化还原反应的催化活性。(1)采用浸渍法将ZIF-8沉积在FTO上,再利用化学气相沉积法(CVD)进行硫化,探究骨架结构和硫化程度对电催化性能的影响。在500℃硫化得到的多面体ZnS(ZDS-500),其循环伏安测试中还原峰电流密度值(Jcp:3.40 mA cm-2)大,表明其电催化还原率高;将其作为DSSCs对电极,该电池的光电转化效率为8.20%,说明硫化程度高有利于提高电催化活性。从电化学阻抗测试得到ZDS-500电极的电荷传输阻抗(Rct:45Ωcm2)较小,表明其导电性较好,有利于催化活性的提高。在脉冲激光镀膜的过程中由于高能量的激光将ZIF-8的类沸石骨架击碎,使得电化学性能大幅度下降。电池的光电转化效率由8.20%降至5.56%,Rct值增大至233Ωcm2,Jcp值降至3.00 mA cm-2,表明完整的骨架结构有助于催化性能的提升。(2)将锌钴的硝酸盐溶解后混合使用浸渍法将ZnCo-ZIFs直接在FTO上沉积成膜,随后使用CVD法在管式炉中500℃硫化,探究双金属硫化物对电催化活性的影响。将硫化得到的Zn0.76Co0.24S作为DSSCs对电极,该电池的光电转化效率可达10.02%;CV测试中测得其峰电流密度值(Jcp:3.28 mA cm-2)与Pt接近,表明其电催化活性较高,可作为Pt的替代物之一。从电化学阻抗测试得到Zn0.76Co0.24S的电荷传输阻抗值(Rct:27Ωcm2)相较于单金属硫化物ZDS-500(Rct:45Ωcm2)有大幅度的降低,表明双金属硫化物的导电性较高,更有利于电子的传输,能够提高电催化活性。相比于单金属硫化物,双金属硫化物具有多金属的协同作用,丰富的原子连接方式以及更多的活性位点,其电催化性能表现更加优异。
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