过渡金属氮化物和碳化物的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

来源 :河北师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:kebo824
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对电极是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSCs)的重要组成部分,Pt是最常用的对电极催化剂,起到催化剂的作用,但由于贵金属Pt价格昂贵且储量有限,因此需要寻找理想的催化材料来代替Pt作为对电极催化剂应用到DSCs中。本文主要合成了氮化物和碳化物并将其作为对电极催化材料应用于DSCs,并且通过循环伏安、塔菲尔极化曲线、电化学阻抗和J-V测试等技术手段说明了形貌对氮化钒和碳化钼的催化性能的影响。首先,利用金属氯化物-尿素法成功合成了氮化铌和碳化铬,并通过调控反应物的用量和使用多种方法制备出了一系列的不同形貌的氮化钒和碳化钼。系统研究了材料的种类及微观结构与催化性能之间的关系。然后通过循环伏安、塔菲尔极化曲线、电化学阻抗测试对催化材料在不同电解液I3-/I-、T2/T-和Co3+/Co2+中的表现进行了研究。发现这些非铂催化材料,豌豆型氮化钒(VN-peas)、小立方体氮化钒(VN-S)和大立方体氮化钒(VN-L)在T2/T-电解液中,纳米管碳化钼(Mo2C-Nt)在Co3+/Co2+电解液中都获得了比铂还要好的催化活性,说明开发的非铂催化材料不仅适用于传统的碘氧化还原对体系也适用于新型有机氧化还原对和Co3+/Co2+氧化还原电对体系。如Mo2C-Nt组装的DSCs在Co3+/Co2+电解液获得了比Pt对电极的效率(9.41%)稍高的电池效率9.53%。综上所述,本论文合成了一系列非铂催化材料,并将其用于染料敏化太阳能电池中,极大扩展了对电极催化材料的选择范围,同时降低了染料敏化太阳能电池的制作成本,使得其在太阳能电池中更具有竞争力。
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