碳纳米纤维负载Co_3S_4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴(Co_3S_4)催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co~(2+)/Co~(3+)用于染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,简称DSCs)来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co_3S_4对电极,DSCs的能量转化效率(power conversion efficiency,简称PCE)只有6.06%,远远低于Pt对电极(8.05%)。为了提高Co_3S_4的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(electrospun carbon nanofibers,简称ECs),结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴(Co_3S_4/ECs)复合催化材料用于对电极,结果表明,Co_3S_4/ECs的PCE最高可达(8.22±0.08)%,优于Pt对电极。     

附着性能优异的碳对电极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

通过引入一种低成本商业导电碳浆(CC)作为粘结剂, 以色素碳黑(Cb)作为催化材料, 成功制备了Cb-CC对电极. 着重解决传统碳对电极的主要问题, 即碳与导电基底的附着力问题. 附着力测试结果表明: CC的引入改善了Cb与导电基板之间的附着力, 同时增强了碳对电极的导电性和稳定性. 扫描电镜(SEM)结果显示, CC与Cb混合后, 碳膜的多孔结构依然存在, 即这种对电极能同时增加导电性和催化活性. 采用循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)对Cb-CC对电极的催化活性进行了研究. 光电性能测试结果表明, 基于Cb-CC染料敏化太阳能电池(DSSC)的能量转换效率达到了6.54%, 进一步优化后, 当Cb和CC的质量比为23:77 时效果最佳, 达到最高效率6.81%. 此外, 基于Cb-CC的DSSC长期稳定性测试结果表明, 700 h后各项光电参数无明显下降. 该实验成果为增强整体电池的稳定性和促进低成本DSSC产业化奠定了基础.     

CoSe/TiN同轴纳米管阵列在染料敏化太阳能电池对电极中的应用研究

以钛网作为基底,采用阳极氧化、氨气氮化的方法制备了TiN纳米管,随后电沉积CoSe,制备了CoSe/TiN/Ti同轴纳米管阵列电极。循环伏安结果表明,CoSe/TiN/Ti电极对I-3具有高的电催化还原性能,这归因于高催化活性的CoSe和高导电的TiN的协同效应。以CoSe/TiN/Ti电极作为对电极组装染料敏化太阳能电池,电池的能量转换效率高达9.25%,比传统Pt/FTO对电极组装的电池(8.09%)高1%。这一结果为非Pt对电极纳米结构的设计提供了一个很好的思路。     

ZnFe2O4/CNFs钛网基对电极膜厚对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过静电纺丝和简单的一步水热法合成了碳纳米纤维（CNFs）负载的ZnFe₂O₄纳米颗粒（ZnFe₂O₄/CNFs）,并将其刮涂在钛网基底上作为染料敏化太阳能电池（DSSCs）的对电极进行组装测试,电池表现出优异的电化学性能。我们着重研究了不同膜厚对电极对DSSCs光电性能的影响。经过反复测试结果表明,当ZnFe₂O₄/CNFs复合电极材料膜厚为12 μm时存在最高的光电转换效率8.60%。     

Co3O4纳米颗粒的制备及其电化学性能

采用化学共沉淀方法制备前驱体Co(Ⅱ)1-xCo(Ⅲ)x(OH)2-y(NO3)x+y,经焙烧后得Co3O4纳米颗粒。用红外光谱对所制样品的成分进行分析;用X射线衍射和场发射扫描电子显微镜表征产物的结构和形貌;用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对Co3O4电化学性能进行研究。测试表明,Co3O4-300具有最佳的电容性能,单电极比电容可达338F/g,并且在1A/g电流密度下循环1000周后,比电容仍能保持93%,有望成为电化学电容器的电极材料。     

Co3O4空心球的简易合成及其电化学性能

通过简易的水热法"一锅"制备了Co3O4空心球。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)等对Co3O4的结构和形貌进行了表征。结果表明,产物由Co3O4纳米粒子构成,并形成明显的空心多孔结构。循环伏安法(CV)测试表明,所制得的Co3O4空心球呈现良好的电化学性能。本文同时对Co3O4空心球结构的形成过程和可能的机理进行了分析和讨论。     

聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

利用静电纺丝技术,制备了不同的聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜,吸附液体电解质后形成聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜准固态电解质,应用于制备准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs).测试了电纺聚合物纳米纤维微孔膜电解质的吸液率、孔隙率、离子电导率等参数,研究了纳米纤维微孔膜准固态电解质DSSCs的光伏性能.结果显示,TiO2的掺入可提高聚合物/TiO2杂化纳米纤维微孔膜对液态电解质的浸润扩散性能,从而提高纳米纤维微孔膜对液态电解质的吸附能力.组装的DSSCs的光电转换效率可达液态电解质的90%以上,并具有较好的长期工作稳定性.     

三维花状Co3O4的低成本制备及其在催化CO氧化中的应用（英文）

采用一种快速、无模板、低成本的微波辅助水热法在2min内制备了三维花状Co3O4.所用原料均是无机盐.前驱体浓度和尿素的逐渐水解对Co3O4形貌影响很大.制得的花状Co3O4比表面积大,且暴露了(110)高活性指数面,对CO氧化具有较高的催化活性.     

绿色合成Co3O4-CQDs蒲公英状复合材料及电催化性能

以可回收的木质纤维素一次性筷子为原料合成碳量子点(CQDs),再通过水热和低温煅烧两步法将其与Co₃O₄复合,得到蒲公英花球状Co₃O₄-CQDs复合电催化剂。通过XRD、SEM、TEM、电化学测试等手段对材料进行表征和测试。结果表明,其具有优异的催化活性和氧还原反应耐久性。尤其是当碳量子点质量为1.0 g时,Co₃O₄-1.0-CQDs表现出最佳的催化性能与稳定性,起始电位为0.926 V,极限电流密度6.028 mA/cm²,半波电位为0.762 V。     

Co9S8@Ti3C2正极材料制备及其镁离子电池性能研究

采用模板法合成了Co₉S₈@Ti₃C₂复合材料,通过SEM和XRD研究了复合材料的形貌结构。以不同Co₉S₈负载量的复合材料以及纯相的Co₉S₈作为正极,以纯镁为负极,苯酚氯化镁-氯化铝/四氢呋喃作为电解液,组装镁离子电池进行测试比较。结果表明,与Ti₃C₂的复合能够明显缩短电池的活化时间,并且显著提高其电化学性能,Co₉S₈@Ti₃C₂-2在100 mA/g的电流密度下循环100次后,放电比容量上升到233 mAh/g。此外,在1 000 mA/g的电流密度下,仍然能够实现69 mAh/g的放电比容量。     

金属-有机框架薄膜衍生的CoSe2/N共掺杂碳膜作DSSC对电极

针对粉体MOF衍生材料存在制备工艺复杂、薄膜厚度难以控制等问题,我们通过液相外延分步生长法制备了一种金属有机框架薄膜(PIZA-1),然后以其作牺牲模板,在惰性氛围中制备了一种CoSe_2和N共掺杂的碳膜(CoSe_2/N-CF),并用作DSSC对电极,其具有制备简单、粘结力强、厚度可调等优势。系统表征了CoSe_2/N-CF形貌特点、结构性质及电化学性能,并深入研究了不同厚度薄膜、CoSe_2颗粒大小对DSSC的光伏性能的影响。结果表明,CoSe_2/N-CF-15电极具有优异的催化活性,所组装的DSSC获得了8.68%的光电转化效率(PCE),高于相同条件下Pt电极组装电池的PCE(7.97%)。     

聚吡咯/石墨复合对电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

通过化学氧化法制备了聚吡咯纳米粒子, 并将其与石墨共混旋涂于ITO导电玻璃上, 作为染料敏化太阳能电池的对电极. 通过SEM观察到聚吡咯纳米粒子粒径在80～100 nm之间, 循环伏安测试表明聚吡咯电极对I₂/I^－电解质氧化还原体系具有较好的催化能力. 光伏电池的电化学交流阻抗测试结果说明掺入石墨后可有效降低聚吡咯对电极的电荷转移阻抗. 以钌染料N719为光敏剂, 聚吡咯/石墨复合电极为对电极组装成的染料敏化太阳能电池, 在AM 1.5 (100 mW•cm^－2) 的模拟太阳光照射下, 得到6.01%的光电转换效率, 达到相同条件下铂对电极性能的92%.     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn⁴⁺掺杂的Co₃O₄复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn⁴⁺掺杂,Co₃O₄复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当n_Co∶n_Mn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m²·g^-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g^-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g^-1,这比纯Co₃O₄纳米纤维的416 F·g^-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co₃O₄纳米纤维则是76.4%。     

简易合成Cu2SnSe3作染料敏化太阳能电池对电极

采用简易溶剂热法合成直径为150-250 nm的Cu2SnSe3纳米颗粒.以Cu2SnSe3"墨水"为前驱体采用滴落涂布法在掺氟二氧化锡基板上沉积Cu2SnSe3薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSC)对电极.利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、能谱仪(EDS)等对Cu2SnSe3纳米颗粒的形貌、结构和组成进行表征.结果表明:产物纯净无杂项且符合化学计量比.以Cu2SnSe3为对电极的DSSC转化效率为7.75%,与铂对电极DSSC效率相当(7.21%).研究表明,DSSC的光电流密度和影响因子与Cu2SnSe3薄膜厚度密切相关,这是由于不同厚度的Cu2SnSe3薄膜作对电极所对应的催化位置数目和电阻值不同.电化学阻抗谱研究说明,Cu2SnSe3因具有类似铂良好的电催化性能而适合用作染料敏化太阳能电池对电极材料.本文以Cu2SnSe3代替贵金属铂,提供了一种廉价制备高效染料敏化太阳能电池对电极的新方法.     

一维纳米Co_3O_4,Ag/Co_3O_4及CuO/Co_3O_4的合成与电催化性能(英文)

采用水热合成法制备了Co3O4及复合Ag/Co3O4、CuO/Co3O4一维纳米产品。用XRD,FE-SEM和TEM手段对产品进行了表征。采用循环伏安法研究了合成产品修饰的玻碳电极在碱性溶液中对对硝基苯酚的电催化还原性能。与裸玻碳电极相比,1mmol·L-1的对硝基苯酚在用Co3O4、特别是CuO/Co3O4修饰的玻碳电极上还原的峰电流明显增大,用Ag/Co3O4(Ag/Co原子比分别为1∶5和2∶5)修饰的玻碳电极催化还原对硝基苯酚时,尽管还原峰电流增大不是太大,但其峰电位明显降低(分别降低0.265和0.371V)。     

碳纳米管负载Ni2P作为染料敏化太阳能电池对电极的性能研究

本文以碳纳米管(CNTs)与Ni2P纳米晶制备CNTs-Ni2P复合材料,首次研究其染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光阴极材料性能.使用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)测定材料结构,观察材料形貌.结果表明,复合材料由碳纳米管和六方结构的磷化镍构成,无其它磷化物杂相,磷化镍纳米晶(约10 nm)分散于CNTs表面.交流阻抗(EIS)测试显示,与CNTs和Ni2P对电极相比,CNTs-Ni2P对电极的电荷转移电阻和扩散阻抗较低,接近Pt-FTO对电极水平.CNTs-Ni2P对电极的DSSCs光电流达12.9 mA·cm-2,能量转化效率达5.6%,接近Pt-FTO对电极的DSSCs能量转化效率(5.9%).这归因于高电催化活性的磷化镍纳米晶与高电导CNTs的协同效应.     

Mn4+掺杂Co3O4纳米纤维的静电纺丝法制备及其电化学性能

通过静电纺丝法制备Mn~(4+)掺杂的Co_3O_4复合纳米纤维,利用XRD、XPS、BET、SEM和电化学工作站等对材料的结构、成分、形貌和电化学性能进行表征与测试。研究发现,通过Mn~(4+)掺杂,Co_3O_4复合纳米纤维的电化学性能得到明显改善。当nCo∶nMn=20∶2时,相应的复合纤维具有较大比表面积68 m2·g-1,而且该样品呈现出清晰的氧化还原峰,在1 A·g-1的电流密度下,放电比电容量为585 F·g-1,这比纯Co_3O_4纳米纤维的416 F·g-1,有显著提高;循环500圈电容保持率达到82.6%,而纯Co_3O_4纳米纤维则是76.4%。     

层状Co3O4的制备及其电化学电容行为

以P123为模板水热合成制备了Co₂(OH)₂CO₃前驱体，200 ℃热处理后得到了具有层状结构的Co₃O₄。循环伏安、恒流放电等电化学测试表明，200 ℃所得Co₃O₄电极在6 mol·L^-1 KOH溶液中和-0.1～0.5 V(vs Ag/AgCl)电位范围内，具有较好的循环稳定性能，单电极比电容达到505 F·g^-1。     

二氧化钛多孔纳米片在染料敏化太阳电池中的应用

运用连续吸附反应法和化学腐蚀-沉积法,用ZnO/FTO(氟掺杂氧化锡)多孔纳米片为模板,制备了TiO2/FTO多孔纳米片。研究了吸附次数对形貌、光散射性能和染料敏化太阳电池性能的影响。最佳吸附次数为30,由此得到的太阳能电池的效率、短路电流密度Jsc、开路电压Voc和填充因子FF分别为:5.57%、9.26 mA·cm-2、0.835 V和72.04%。这个效率略高于P25(5.32%),但远高于ZnO(2.41%)。