论文部分内容阅读
金属Pt由于强的催化特性和高的导电性被作为染料敏化太阳能电池的对电极,由于Pt属于贵金属,开发成本较高,为了染料敏化太阳能电池的进一步发展并降低电池的制备成本,需要开发替代Pt的新材料。石墨烯材料由于其大比表面积,高导电性和强催化特性目前被作为催化材料应用在染料敏化太能电池的对电极中。但是石墨烯层与层之间存在较强的π-π相互作用,往往在石墨烯对电极的制备过程中,使得石墨烯产生大量的团聚,在一定程度上减少了石墨烯材料的有效比表面积及石墨烯边界与电解液相接触的催化活性点,致使石墨烯催化活性大大降低。为了解决石墨烯的团聚问题并提高石墨烯的催化活性,本文提出了石墨烯与其他纳米材料构筑杂化纳米结构的设想来阻止石墨烯团聚,以制备的复合物为对电极制备了高效率的染料敏化电池。本论文的具体研究内容如下:利用脉冲激光设备制备了高质量的石墨烯纳米片,通过调节硝酸银溶液的浓度成功制备了多种形貌特征的银纳米粒子与石墨烯(Ag/GNs)的复合物对电极。通过电化学等表征手段分析了石墨烯边界对电催化性和银纳米粒子对电导电性的影响。电化学阻抗谱和转化效率测试结果表明,银纳米粒子分散在石墨烯层与层之间时有效地阻止石墨烯纳米片的团聚,增强石墨烯的电催化性能。通过水热合成的方法,在FTO衬底上生长了一维垂直去向的氧化锌纳米棒,通过XRD、SEM表征手段表明氧化锌纳米棒具有典型的六方铅锌矿结构。通过旋涂的方法,把石墨烯纳米片附着在氧化锌纳米棒的上表面,研究了氧化锌纳米棒对石墨烯纳米片形貌的影响。当少量的石墨烯纳米片附着在氧化锌纳米棒上表面时,石墨烯边界裸露出来增强了石墨烯的催化性,同时发现一维垂直取向的氧化锌纳米棒有助于电荷的快速传输。通过化学气相沉积的方法,利用金属镍泡沫,生长了高质量的三维石墨烯泡沫。不同尺寸大小的石墨烯纳米片通过旋涂的方法附着在网络结构中,通过SEM形貌表征具体研究了石墨烯边界的存在状态,发现三维的网络结构有助于减少石墨烯纳米片的团聚,增加石墨烯边界活性点与电解质溶液接触的机会,降低了电荷传输电阻,以此杂化复合物对电极的染料敏化电池的转化效率达到了7.70%。