石墨烯復(fù)合材料的制備及其在光電轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用.pdf

1、實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用是解決目前環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的重要途徑。光電轉(zhuǎn)換利用具有傳輸方便、通用性高、可存儲(chǔ)等特點(diǎn)，是太陽(yáng)能利用的主要形式之一。2004年首次發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料具有特殊的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，在環(huán)境和能源領(lǐng)域顯示了巨大的應(yīng)用潛能，石墨烯及其復(fù)合材料的出現(xiàn)也為光電轉(zhuǎn)換技術(shù)帶來(lái)了新的發(fā)展。本論文以氧化石墨烯作為前驅(qū)體，采用不同的方法制備石墨烯及其復(fù)合物，對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)產(chǎn)物在光電轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。論文主要內(nèi)容如下

2、:
　　 1.利用染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化石墨烯(GO)的可控化原位光電還原。首先對(duì)DSSC中的納米TiO2薄膜光陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用大粒徑和小粒徑ZiO2混合物制備減反層以提高電池對(duì)太陽(yáng)能的吸收，通過(guò)將四氯化鈦水解沉積在多孔TiO2薄膜光陽(yáng)極表面以抑制光生電子的復(fù)合，經(jīng)過(guò)以上兩種處理使得電池效率由4.32％增加到5.18％。利用優(yōu)化后的DSSC結(jié)構(gòu)進(jìn)行原位光電還原制備石墨烯（RGO），在該結(jié)構(gòu)中以GO薄

3、膜作為對(duì)電極，在光照下光生電子從光陽(yáng)極轉(zhuǎn)移到對(duì)電極后實(shí)現(xiàn)對(duì)GO的還原。RGO的還原程度依賴于I-/I3-氧化還原電對(duì)的還原電位，通過(guò)調(diào)節(jié)還原時(shí)間或使用不同的電解質(zhì)可以得到具有不同禁帶寬度的RGO半導(dǎo)體薄膜材料。
　　 2.以氯鉑酸和氧化石墨烯為原料，利用同步電沉積還原的方法制備了Pt/RGO復(fù)合物薄膜電極。原料中氯鉑酸和GO的質(zhì)量比僅為0.04，通過(guò)電沉積過(guò)程可以將氯鉑酸和GO分別還原為納米Pt顆粒和RGO。納米Pt顆粒通過(guò)Pt

4、(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)與RGO表面的含氧基團(tuán)成鍵而固定在RGO表面。與相同方法制備的Pt電極相比，Pt/RGO復(fù)合物具有更快的電子傳輸速率和更小的電荷傳輸阻力。將復(fù)合物作為對(duì)電極組裝在染料敏化太陽(yáng)能電池中，電池的光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)4.85％，與Pt電極電池相比增加了36.2％。
　　 3.采用水熱法制備聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修飾的石墨烯/TiO2復(fù)合物，獲得具有高光電性能的石墨烯/TiO2復(fù)合物。通過(guò)表征發(fā)現(xiàn)，PVP與石墨烯之間的非