【摘要】：染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSCs)是将太阳能转化为电能的一种装置,对电极(Counter electrode,CE)是其关键组件之一。对电极所负载的催化剂,是使电解液中的碘氧化还原电对循环再生的重要物质。虽然传统Pt催化剂对电极可以很好的催化I3-/I-氧化还原电对的循环再生,但因其成本高昂、供给有限和易被I3-/I-电对腐蚀等缺点限制了其在DSCs中的长期应用。因此,本文主要研制开发非Pt催化剂,主要合成无机非金属材料钼酸镧,还用多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube,MWCNTs)通过两种不同途径对钼酸镧材料进行修饰,并探讨其晶形、形貌、催化性能和其在DSCs中的应用。具体实验工作如下:第一部分实验:采用不同的实验方法合成钼酸镧La_2Mo_2O_9,并通过使用X-射线衍射(XRD)、循环伏安曲线(CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)和塔菲尔极化曲线(Tafel)等表征手段,进行结构测定和电化学催化性能分析。第二部分实验:采用传统的高温固相法合成不同比例的镧钼固溶体,采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行组分确定和表面形貌观察。并通过循环伏安曲线(CV)、电化学交流阻抗谱(EIS)、塔菲尔极化曲线(Tafel)和电流密度-电压曲线(J-V)等表征手段进行电性能表征。合成的25种镧钼配比化合物中,6.5La_2O_3·7MoO_3表现的催化性能是最优越的,其能量转换效率达到1.71%。在无机非金属材料钼酸镧中,镧钼两种元素具有不同的摩尔分数,影响其催化性能。第三部分实验:采用不同量的多壁碳纳米管负载钼酸镧和钼酸镧/多壁碳纳米管复合材料,通过多壁碳纳米管与钼酸镧进行物理混合,来改善钼酸镧的导电性和催化活性。MWCNTs负载La_2O_3·0MoO_3(1:5)的能量转化效率高达5.20%,是La_2O_3·0MoO_3的6.75倍。La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极的峰电位差ΔEp(peak-peak separation)只有146mV,而且La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极的能量转换效率高达6.34%,La_2O_3·0MoO_3/MWCNTs复合对电极是合成的材料中,可逆性和能量转化效率最好的。经过MWCNTs改善之后,3种不同钼酸镧的催化性能和能量转化效率均有一定程度提高,归因于二者催化性能和导电性的结合。
【关键词】：染料敏化太阳能电池 钼酸镧 对电极 催化活性 光电转换效率
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM914.4
【目录】：
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TM914.4
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-17
- 1.1 染料敏化太阳能电池概况及相关研究进展9-13
- 1.2 选题依据及思路13-15
- 1.3 工作方案15-17
- 2 用不同实验方法合成La_2Mo_2O_917-27
- 2.1 实验部分17-22
- 2.1.1 试剂与仪器17-19
- 2.1.2 La_2Mo_2O_9的制备19-21
- 2.1.3 对电极的制备21-22
- 2.2 结果与讨论22-26
- 2.2.1 钼酸镧的XRD表征22-23
- 2.2.2 钼酸镧电催化性能的表征23-26
- 2.3 本章小结26-27
- 3 高温固相法合成不同比例的镧钼固溶体27-41
- 3.1 实验部分27-30
- 3.1.1 仪器27-28
- 3.1.2 不同比例的镧钼固溶体的制备28-29
- 3.1.3 对电极的制备29
- 3.1.4 电池的组装29-30
- 3.2 结果与讨论30-39
- 3.2.1 不同比例的镧钼固溶体的XRD表征30-31
- 3.2.2 15号、23号和25号不同比例的镧钼固溶体的形貌表征31
- 3.2.3 不同比例的镧钼固溶体催化性能的表征31-38
- 3.2.4 不同比例的镧钼固溶体在DSCs中的应用38-39
- 3.3 本章小结39-41
- 4 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料41-55
- 4.1 实验部分41-42
- 4.1.1 试剂41
- 4.1.2 对电极的制备41
- 4.1.3 电池的组装41-42
- 4.2 结果与讨论42-53
- 4.2.1 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料的形貌表征42-43
- 4.2.2 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料的电催化性能的表征43-45
- 4.2.3 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和多壁碳纳米管/镧钼固溶体复合材料在DSCs中的应用45-48
- 4.2.4 镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料的形貌表征48-49
- 4.2.5 镧钼固溶体/多壁碳纳米管复合材料的催化性能的表征49-50
- 4.2.6 不同量多壁碳纳米管负载镧钼固溶体材料和多壁碳纳米管/镧钼固溶体复合材料在DSCs中的应用50-53
- 4.3 本章小结53-55
- 结论55-57
- 参考文献57-63
- 致谢63-64
- 攻读学位期间取得的科研成果清单64
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