氮雜石墨烯的制備及其在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、太陽(yáng)能是人類一種取之不盡用之不竭的新能源。近些年來，對(duì)太陽(yáng)能電池材料的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)。染料敏化太陽(yáng)能電池因其成本低，制作簡(jiǎn)易和光電轉(zhuǎn)化效率高而備受矚目。近年來的研究趨勢(shì)之一是采用碳電極材料取代傳統(tǒng)的鉑電極，并且配合非碘電解質(zhì)使用能夠降低敏化電池的制造成本同時(shí)還能獲得更高的光電轉(zhuǎn)化效率。石墨烯因其優(yōu)良的導(dǎo)電性能、較高的催化活性以及廉價(jià)的原料來源成為制備非鉑對(duì)電極的可選材料之一。但是，石墨烯材料沒有帶隙，使得其電導(dǎo)性不能像傳統(tǒng)的半導(dǎo)體一樣

2、被完全調(diào)控，而且石墨烯表面光滑且呈惰性，不利于與其他材料的粘結(jié)與復(fù)合。
　　在本文中，我們采用在石墨烯骨架中摻雜氮原子的策略對(duì)石墨烯進(jìn)行了改良并對(duì)其催化活性進(jìn)行了有效調(diào)控。分別采用尿素為氮源的非均相水熱合成方法和三聚氰胺為氮源的高溫?zé)徇€原法方法實(shí)現(xiàn)氮雜石墨烯的有效制備。其中，通過水熱合成路線，獲得了7.6 at％的上氮量，同時(shí)克服了氧化石墨烯在化學(xué)還原過程中易于凝膠的問題。通過TEM表征，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)物易于剝離形成石墨烯片層，這一結(jié)

3、構(gòu)特征可以方便的制備氮雜石墨烯對(duì)電極。利用高溫?zé)徇€原法，我們也獲得了高達(dá)10.43 at％上氮量的氮雜石墨烯粉末。
　　通過對(duì)氮雜石墨烯的XPS分析，發(fā)現(xiàn)具有電化學(xué)活性的吡啶型氮在水熱反應(yīng)初期具有低熱穩(wěn)定性特征。吡啶型氮基團(tuán)的熱穩(wěn)定性可以通過延長(zhǎng)水熱反應(yīng)的時(shí)間獲得改進(jìn)。在不同水熱合成時(shí)間里，以水熱反應(yīng)時(shí)間12 h氮雜石墨烯做對(duì)電極的染料敏化太陽(yáng)能電池取得的光電轉(zhuǎn)化效率最高，并且通過熱處理的氮雜石墨烯對(duì)電極產(chǎn)生的交換電流密度明顯增加