准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

溴化环氧/Novolacs体系在CEM-3板中的应用

分别以PN、BPFN和BPAN为溴化环氧A80的固化剂,以DMP-30、HMTA和2-MZ为促进剂制备CEM-3覆铜板,研究了这三种线型酚醛树脂作为固化剂对CEM-3覆铜板力学性能、电性能、吸水性和耐热性等的影响.结果表明,以三种线型酚醛树脂为固化剂制备的CEM-3覆铜板的力学性能相近,而吸水性由高至低的顺序为PN＞BPFN＞BPAN,介电性能由高至低的顺序为BPFN≈BPAN＞PN,Tg由高至低的顺序为PN＞BPFN＞BPAN.由BPAN和BPFN为固化剂制备的CEM-3覆铜板经150℃/2h后处理,耐变色性明显优于PN为固化剂制备的CEM-3覆铜板.     

超支化烯丙基聚硅氮烷-巯基化合物体系紫外光固化研究

采用等温差示光量热扫描技术(DPC)研究了超支化烯丙基聚硅氮烷-巯基化合物体系的紫外光固化.对比了超支化聚合物-巯基化合物体系、二官能烯丙基硅氮烷-巯基化合物体系和超支化自聚体系的紫外光固化特性,结果表明超支化-巯基化合物体系可在引发剂浓度低(0.1wt%)、辐照强度低(5mW/cm2)的情况下迅速发生光固化反应;与超支化自聚反应相比固化速率高、双键转化率高;而与低官能-巯基化合物体系相比,由于超支化分子结构的独特性,导致固化速率快,双键转化率偏低.对引发剂浓度、辐照强度和反应温度对固化行为的影响表明,在引发剂浓度不超过0.5wt%和辐照强度不大于30.50mW/cm2时,反应速率分别与引发剂浓度和辐照强度的1/2次方成线性关系.运用带扩散因子的自催化固化动力学模型研究了不同温度下的固化行为,计算出特定条件下的光固化动力学参数,表观总反应级数约为8.76,表观活化能为13.97kJ/mol.     

巯基/乙烯基硅氮烷紫外光固化的研究

利用原位红外跟踪技术和光-示差扫描量热技术研究了不同类型多官能巯基化合物与乙烯基硅氮烷的紫外光聚合动力学过程.结果表明,巯基化合物官能度越高,聚合反应速率越高,但最终转化率越低.巯基丙酸酯类化合物比烷基硫醇类化合物更易与乙烯基硅氮烷反应.在较低温度下,反应温度对聚合反应的影响较弱,反应活化能约为2.3kJ/mol,而较高反应温度下反应速率偏离Arrhenius方程.     

紫外光固化乙烯基硅氮烷-巯基共聚物热裂解产物的表征

采用热失重与热分析联用(TGA-DTA)、X射线衍射(XDR),场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、能谱仪及排水法对紫外光固化乙烯基硅氮烷-巯基共聚体系裂解产物进行了分析和表征。结果表明：在300～500 ℃的范围内出现了相吻合的质量损失速率峰和热量吸收峰;最终质量保持率约为55wt%;体系表观密度出现先下降后上升的趋势,保温时间提高可使热解产物进一步密实化,密度最终达到2.458 g·cm^-3;在保温2 h的条件下,共聚系在1 400 ℃下生成少量Si₃N₄晶体,在1 600 ℃下,热解物晶体组成为n_SiO2∶n_Si3N4∶n_SiC=3∶26∶71,结晶度达91.25%;延长保温时间即可提高体系的结晶度,也可降低结晶温度。在1 400 ℃保温24 h,观察到热解物内生成大量不规则的晶须。     

多元α-巯基丙酸酯/乙烯基硅氮烷紫外光固化与热解特性

采用三种多官能巯基丙酸酯与含有乙烯基的硅氮烷预聚物组成光固化体系, 对其UV光固化特性和固化物热解行为进行了研究, 并制备出近似Si3N4化学组成的Si-N陶瓷材料, 为制备微型陶瓷结构制件和陶瓷涂层提供了一条途径.     

热塑性酚醛树脂的13C NMR表征

采用一种新型环保工艺合成了热塑性酚醛(phenol novolac,PN)树脂,并采用13C NMR方法对其分子结构进行了分析,由谱图中各峰积分值定量计算出了o-o、o-p、p-p结构、支化结构、游离苯酚和醚键等其它结构所占比例分别约为19.42%、46.21%、22.32%、3.13%、4.24%和4.69%。与常规工艺生产的PN相比并无大的变化,但新型工艺从根本上解决了常规工艺带来的高浓度含苯酚废水污染的问题。研究发现催化剂浓度的提高可以减少支化结构的产生,反应温度的提高有利于o-o结构的生成,随着反应时间的延长,o-o、o-p、p-p3种结构增多。     

乙烯基硅氮烷-巯基共聚物热裂解研究

采用红外(FTIR)、热失重, 热分析以及质谱联用(TGA-DTA-MS)、X射线衍射仪(XDR)、能谱仪对紫外光固化乙烯基硅氮烷-巯基共聚体系的热裂解行为进行了分析和表征. 结果表明: 300～500 ℃为聚合物裂解反应的主要温度范围. 裂解过程会逸出多种小分子气体, 其中体系中的S元素可能主要是以H2S和SO2和噻吩类的形式逸出; 最终质量保持率为55.3 wt%; 热裂解转化物表观密度出现先下降后上升的趋势, 最终达到2.09 g•cm－3; 在保温2 h的条件下, 热裂解转化物在1400 ℃下生成少量Si3N4晶体, 在1600 ℃下, 热裂解转化物晶体质量组成为m(SiO2)∶m(Si3N4)∶m(SiC)＝3∶26∶71, 结晶度达到91.3%.     

巯基化合物结构对巯基/乙烯基共聚体系紫外光固化反应活性的影响

运用FTIR原位跟踪方法, 以巯基和碳碳双键官能团转化率做为检测指标, 研究了巯基化合物的结构对紫外光固化巯基/乙烯基共聚体系固化行为的影响. 在相同的反应条件下, 苯硫酚的反应活性明显低于硫醇的反应活性; 巯基化合物中吸电子基团(酯基)会使反应活性降低, 而推电子基团(异丙撑基)会使反应活性提高. 采用量子化学中密度函数理论B3LYP/6-31G*的方法和基组对巯基化合物中S与H的净电荷和键长计算结果表明：吸电子基团使S上的净电荷减少, 其与H的共价键键长缩短; 而推电子基团的作用则相反. 此结果佐证了FTIR的实验结果, 揭示了巯基化合物结构对巯基/乙烯基共聚体系紫外光固化反应活性的影响机理.