TiO2/SnO2复合空心球在染料敏化太阳能电池中的应用

采用模板辅助法制备了SnO2/TiO2复合空心球,样品直径为1.5~4.0μm,比表面积达到了92.9 m^2·g^-1,复合空心球表现出优越的光散射性能.以这种复合空心球作为染料敏化太阳能电池的光阳极,电池的光电转换效率可达到7.72%,高于SnO2微米球(2.70%)和TiO2微米球(6.26%).此外,以锐钛矿型TiO2纳米晶作为底层,SnO2/TiO2复合空心球作为光散射层制备的双层结构光阳极,电池光电转换效率进一步提升至8.43%.     

染料敏化太阳能电池载流子传输的数值模拟

由于在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)中存在染料弛豫、半导体薄膜中电子与氧化态染料分子发生反应和电子在电解质中与氧化态离子复合等不利反应,利用一个更完善的DSSC载流子传输模型对电池的光电性能进行模拟就显得非常重要。为此,本文基于由多重俘获理论建立的DSSC中的包括电子、染料阳离子、碘化物和三碘化物在内的载流子传输模型,数值模拟得到了不同TiO₂薄膜厚度、不同入射光强度与不同染料分子吸收系数下DSSC的J-V曲线。结果表明,随着TiO₂薄膜厚度的增加,太阳能电池的短路电流密度增大,开路电压减小,光电转换效率先增大后减小。当DSSC的TiO₂薄膜厚度为20 μm时,光电转换效率达到最大值7.41%,同时光电转换效率随入射光强度与染料分子吸收系数的增大均有一定程度提高,其中在吸收系数为4 500 cm^-1时,光电转换效率为6.73%。以上结果可以为改进DSSC的光电性能提供理论指导。     

敏化条件对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过实验方案,对影响染料敏化太阳能电池(DSSC)的敏化条件进行了优化设计,在光阳极初始默认的制作条件下,从海带中提取叶绿素,分别对影响DSSC光电性能的敏化染料溶液浓度、pH值、温度、受光时间、敏化时间、对电极背景色等影响因素逐一进行研究,最终确定了光阳极敏化的最优条件:醇水溶液的最佳稀释比为1:2,最佳敏化pH=8,最佳敏化温度为30℃,最佳敏化时间24 h,黑暗环境下敏化效果最好,且对电极采用镜面背景最佳,最终获得光电转换效率0.76;.     

离子色谱法-间接紫外检测离子液体中三种含氟酸根阴离子

建立了离子色谱-间接紫外检测法同时分析离子液体中的三氟乙酸根(CF3COO-)、四氟硼酸根(BF4-)和三氟甲烷磺酸根(CF3SO3-)的方法。用Shodex IC NI-424阴离子交换柱作为分离柱,探讨了影响上述三种离子保留和检测的因素及其保留规律。最终选用色谱条件为:以1.75 mmol·L-1邻苯二甲酸-1.68 mmol·L-1三(羟甲基)氨基甲烷为淋洗液,柱温45℃,流速1.0 m L·min-1,UV检测波长设定在265 nm。在此条件下,可实现上述三种阴离子的同时分析,且色谱峰形良好。所测阴离子的检出限(S/N=3)为0.39~1.57 mg·L-1,保留时间和峰面积的相对标准偏差(n=5)均在1%以下。将此方法应用于测定离子液体中的三氟乙酸根、四氟硼酸根及三氟甲烷磺酸根,加标回收率为99%~102%。该方法简单、准确、可靠,具有较好的实用性。     

级联敏化三元旋涂型磷光器件电致发光性能

金属配合物磷光分子在高浓度下易产生发光猝灭,通常采用主客体两元掺杂结构来提高电致发光效率。热激活延迟荧光(TADF)材料通过三线态激子的反向系间窜越理论上可达到100%的内量子效率。为探究不同主体材料在三元敏化磷光体系中的作用,本文基于TADF聚合物作为敏化剂、黄橙光磷光配合物作为发光材料,分别研究了以传统荧光材料和蓝色TADF主体构建的三元敏化的旋涂型有机电致发光器件性能。研究表明,在客体浓度分别为1%、5%、50%时,基于TADF主体的器件电致发光性能均优于相同浓度下以传统荧光主体构建的器件性能。其中当磷光配合物PO-01-TB掺杂浓度为1%时,以天蓝光TADF材料为主体制备的器件最大外量子效率为12.2%,相较于以传统荧光为主体的器件外量子效率(10.7%)提高了14%。这源于本身具有双极传输特性的TADF主体通过反向系间窜越通道增强了对敏化剂和客体的级联能量传递作用,减少了三线态激子的浓度猝灭和湮灭过程,提高了大电流注入下的激子利用率。     

MnWO4/生物质衍生碳纳米复合催化剂的制备及催化性能

通过共沉淀法合成了双金属氧化物MnWO₄镶嵌生物质衍生碳（MnWO₄/BC）纳米复合催化剂,并将其作为对电极（counter electrode,CE）催化剂组装了染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell,DSSC）,探究了MnWO₄/BC在非碘体系中的催化性能和光伏性能。结果表明：在铜氧化还原（Cu²⁺/Cu⁺）电对DSSC中获得的光电能量转换效率（power conversion efficiency,PCE）为3.57%（D35）和1.59%（Y123）,高于Pt电极的PCE（3.12%,1.16%）;50次连续循环伏安测试表明,MnWO₄/BC催化剂具有较好的电化学稳定性。     

双层分等级TiO_2纳米线制备及其光伏性能研究

采用两步溶剂热反应制备了底层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线阵列,上层为分等级锐钛矿的TiO_2纳米线薄膜的双层结构电极.通过XRD和SEM对其组成和形貌进行了表征,并考察了纳米线薄膜对染料敏化太阳电池(DSSC)光伏性能的影响.实验结果表明,分等级锐钛矿的TiO_2纳米线作为DSSC的光阳极,光电转换效率为4.39%,其效率高于光滑的TiO_2纳米线光阳极电池效率(2.07%).     

叶绿素敏化二氧化钛纳米管电极光电性能及其增强机理

为了研究叶绿素的敏化机理,本文以菠菜叶片叶绿素的乙醇浸提液敏化纳米管TiO_2电极,在Na2SO4水溶液电解液中测定其光电性能。敏化电极的光电流响应曲线显示,叶绿素浸提液敏化纳米管TiO_2电极时会显著改变电极的光电流值,而敏化Ti电极时则产生光电流极小。电极的循环伏安曲线则表明,叶绿素浸提液使电极上的氧化反应更容易发生。测定不同浓度的叶绿素浸提液敏化纳米管TiO_2电极的单色光光电转化效率(IPCE)图谱,结果表明,合适的叶绿素浓度(7.123~71.23μg/L)使电极IPCE平均增加2倍以上,但浓度增大至7123μg/L时,其敏化电极IPCE则明显降低;同时发现叶绿素的敏化作用未明显改变TiO_2电极IPCE图谱的特征谱峰位置。根据实验数据和结果,得出在水溶液中叶绿素改变纳米管TiO_2光电性能的机理,主要是通过叶绿素分子与TiO_2电极中的光生空穴发生反应,进而减少光生电子与空穴的复合,使电极有效光生电子数量增加,光电流密度增大,最终提高TiO_2电极的IPCE。     

天然染料敏化太阳能电池的制备——一个大学化学综合性实验

介绍一个研究探索型的大学化学综合性实验——天然染料敏化太阳能电池的制备。内容包括天然染料的提取,天然染料及其敏化的光阳极的紫外-可见吸收光谱的测试,染料敏化太阳能电池的制备以及光电性能测试等。通过本实验的实践,可以让学生更好地掌握相关专业知识,提高实验操作技能和专业素质,激发学生对科学研究的兴趣,培养科研探究能力。     

磷钼酸作为低温碳燃料电池的碳间接电氧化介质

以磷钼酸作为低温下碳间接电氧化的介质构建新型碳燃料电池。通过线性电位扫描和计时电流法研究不同碳材料、不同反应条件、不同反应时间、不同磷钼酸浓度对碳间接电氧化性能的影响。采用循环伏安法研究碳在磷钼酸介质中的间接电氧化机理。研究结果表明,椰壳活性炭的间接电氧化活性要明显高于煤和煤质活性炭。以磷钼酸为介质时,采用光照与升温80oC避光的条件均可以提高碳间接电氧化性能,且提高程度接近。由循环伏安测试分析出磷钼酸中+6价Mo可将碳氧化,且被还原成+5价Mo,随后又在阳极上重新被电氧化回+6价Mo,通过该过程将从碳材料上获得的电子转移到阳极上,从而实现碳在低温条件下的间接电氧化过程。并且通过对光照条件的分析,证实光对磷钼酸催化碳电氧化反应有两方面的促进作用:一方面光的热效应使反应温度升高,从而提高反应速率;另一方面磷钼酸利用其特有结构吸收光能,提高磷钼酸与碳的反应速率,且后者促进作用更明显。以VO2+/VO2+为阴极构建的碳燃料电池全电池室温下功率是0.087m W?cm-2,验证了碳燃料电池在常温条件下运行的可行性。