石墨烯基金屬氧化物復合材料的制備及在能量轉化和存儲方面的研究與應用.pdf

1、近年來，由于化石燃料的燃燒帶來的能源危機和全球變暖問題，使得人們將目光開始轉向于探索新能源方向上，其中包括新能源的轉化，利用和儲存，都是目前研究者們關注的重點。太陽能由于其清潔易得的優(yōu)點，獲得了較多的研究報道，在太陽能的轉化中，染料敏化太陽能電池(DSSCs)作為第三代太陽能電池的代表，已成為時下在太陽能轉化方面的熱點。而在新能源利用方面，依然考慮太陽能的各種優(yōu)勢，使得越來越多的科研工作者從事光催化相關的探索。同時，在能源存儲方面，由于

2、超級電容器的快速充放電等優(yōu)點，也使其成為了研究的熱門方向。本論文即通過以SnO2，Co3O4和NiCo2O4納米氧化物材料制備以及其與還原氧化石墨烯(RGO)進行復合作為研究對象，探索了其應用于染料敏化太陽能電池對電極，光催化降解及超級電容器電極的性能。
　　本論文分為四章。第一章緒論部分概述了染料敏化太陽能電池，光催化降解及超級電容器的目前研究狀況。并結合本論文研究內容，對染料敏化太陽能電池對電極材料，光催化降解應用和超級電容器

3、電極材料的發(fā)展與前景做了詳細的敘述。以下為本論文開展的思路。
　　第二章將SnO2納米顆粒分別與RGO和TiO2復合并應用于染料敏化太陽能電池對電極和光催化降解。首先制備了SnO2納米小顆粒，并成功與RGO復合。研究發(fā)現(xiàn)，相比于純SnO2納米顆粒本身，復合材料在阻抗、極化、循環(huán)伏安和光伏效率等方面的性能均有較大的提升，可以替代金屬鉑作為DSSC的對電極材料。通過簡易的一步溶劑熱法合成出TiO2納米球/SnO2量子點復合材料，電鏡顯

4、示，SnO2量子點均勻地附著在球狀TiO2納米顆粒的表面。這種優(yōu)異的結構特點使得組成復合材料不同基元的紫外吸收能力產生明顯的差異，復合材料的光降解性能相比于純TiO2納米球或純SnO2量子點有了極大的提升。
　　第三章分別將二維多孔Co3O4納米片與RGO的復合材料用作染料敏化太陽能電池對電極和超級電容器電極。通過將RGO復合入二維多孔Co3O4納米片中，避免了Co3O4的結構劣勢，同時協(xié)同了RGO與Co3O4的獨有特性，使得復合

5、材料的性能相比于純Co3O4和純RGO有了極大的提升，發(fā)揮樣品的潛在性能，為解決類似問題提供可選思路。同時，考慮二維多孔Co3O4納米片/RGO復合材料在結構上的優(yōu)勢，將其用于超級電容器的電極部分。在相同條件下，測試充放電的表現(xiàn)，復合材料是純二維多孔Co3O4納米片的三倍儲能能力。在3000次的持續(xù)充放電測試下，所合成的樣品也達到了很高的超級電容器電極表現(xiàn)。
　　第四章探索了三元金屬氧化物用做對電極的性能表現(xiàn)，并創(chuàng)新性的通過微觀結

6、構可控合成探究形貌對其作為對電極的性能影響。主要價紹了合成的NiCo2O4納米帶在作為染料敏化太陽能電池對電極的優(yōu)異性能，及通過復合RGO，所得到的復合材料在各方面性能的提升，其中，提升最明顯，幅度最大的是循環(huán)穩(wěn)安特性。通過對比樣品形貌，獨特的復合結構是性能提升的關鍵，同時RGO的協(xié)同作用也使得體系得到了充分的性能發(fā)揮。之后，設計并合成三種不同的形貌的NiCo2O4納米材料（納米片，納米棒和納米花），在相同的條件下，測試各項性能，得到了