類鈣鈦礦相氧化物-石墨烯復(fù)合材料和類石墨烯材料MXene在光電轉(zhuǎn)換方面的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著化石燃料能源儲量的日益減少,人類社會迫切需要尋找替代能源來滿足不斷增長的能源需求。替代能源必須是高效的、成本合算的、環(huán)境友好的,在這種情況下,利用太陽能成為一個非常有吸引力的主張。光電轉(zhuǎn)換技術(shù)是實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化的主要技術(shù)之一,染料敏化太陽能電池和半導(dǎo)體光催化則是光電轉(zhuǎn)換的兩種重要途徑。本論文第一大部分在實驗上制備了兩種類鈣鈦礦相氧化物/石墨烯復(fù)合材料并用作染料敏化太陽能電池對電極,且研究了它們在I-/I3-體系中的電催化性能。第二大部

2、分在理論上運用密度泛函理論,計算了一類新型類石墨烯材料Sc2C MXene的半導(dǎo)體性質(zhì),并分析了其在可見光光催化方面應(yīng)用的可能性。本論文主要研究內(nèi)容如下:
  (1)通過溶膠-凝膠自燃燒法成功制備了類鈣鈦礦相La0.65Sr0.35MnO3(LSMO)納米顆粒與石墨烯(RGO)的復(fù)合材料(LSMO@RGO)。由于LSMO納米粒子和RGO納米片之間的積極協(xié)同作用,LSMO@RGO納米復(fù)合材料對于還原三價碘I3-表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能

3、。結(jié)果,用LSMO@RGO納米復(fù)合材料作為對電極的染料敏化太陽能電池(DSSC)光電轉(zhuǎn)換效率為6.57%,遠高于純的LSMO對電極(5.35%)和RGO對電極(4.93%)的效率,并且達到標準Pt對電極(7.13%)效率的92%。
  (2)通過溶膠-凝膠法制備了鈣鈦礦相納米顆粒La0.5Sr0.5CoO2.91(LSCO)并將其用作DSSC對電極。用LSCO作為對電極的DSSC顯示出了3.24%的光電轉(zhuǎn)換效率。為了進一步改善電池

4、的轉(zhuǎn)換效率,通過簡單的物理混合法將LSCO納米顆粒和還原氧化石墨烯復(fù)合制備了LSCO@RGO復(fù)合材料并將其用作DSSC對電極。由于LSCO納米粒子和石墨烯納米片之間積極的協(xié)同作用,LSCO@RGO納米復(fù)合材料對I3-離子展現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學性能。于是,用LSCO@RGO納米復(fù)合材料作為對電極組裝的DSSC,光電轉(zhuǎn)換效率達到了6.32%。這個值遠高于單獨使用LSCO納米顆粒作為對電極(3.24%)和純石墨烯作為對電極(4.54%)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)

5、換效率,該值達到Pt對電極(7.18%)轉(zhuǎn)換效率的88%。
  (3)鑒于刻蝕過程中在MXene表面留下各種表面官能團,系統(tǒng)計算了表面官能團對Sc2CT2(T=-O,-F,-OH)MXenes幾何結(jié)構(gòu),光電性能的影響。在Sc2CT2MXenes的所有幾何結(jié)構(gòu)中,配位官能團處在Sc原子相對側(cè)的上方,稱為幾何結(jié)構(gòu)I,幾何結(jié)構(gòu)I是最低能量結(jié)構(gòu)。因此,能量處于最有利的Sc2CO2-I,Sc2CF3-I和Sc2C(OH)2-I用于進一步評估

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