论文石墨烯TiO2纳米棒复合光阳极薄膜是关于对写作石墨论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文ī这是什么论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要：本文基于TiO2纳米棒具有较大的比表面积和定向传输电子的能力,可降低光生电子和空穴的复合几率,进而提高DSSC的光电转换效率.由于石墨烯超低的电阻率,良好的稳定性以及优异的透光性能,期望在光阳极薄膜中引入石墨烯,提高电子传输能力.利用水热法合成长度为200～300 nm,直径为20 nm左右TiO2纳米棒.TiO2纳米棒和不同石墨烯质量含量复合,利用电流体动力学技术制备了呈多孔状态的石墨烯/TiO2纳米棒复合薄膜.其中石墨烯的质量分数为3%的光阳极薄膜的DSSC的光电转换效率达4.23%,相对于无石墨烯掺杂的TiO2纳米棒光阳极薄膜提高了36%.
关键词：水热合成法；TiO,纳米棒；石墨烯；染料敏化太阳能电池
中图分类号：TB332 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2017）01-0118-05
0 前言
光阳极薄膜作为染料敏化太阳能电池（dye-sell-sitized solar cell,DSSC）的重要组成部分,严重影响着DSSC的光电性能,一直作为该类电池研究的重点内容.通常采用TiO2多孔光阳极薄膜,通过合成和制备不同结构和形貌的纳米TiO2多孔薄膜影响着该类电池器件的光电性能.近年来,研究者开始了对低维TiO2纳米材料的研究,并通过不同的方法合成了具有棒状结构的TiO2材料.不同研究组分别合成TiO2纳米棒、纳米棒阵列及分支结构的一维结构TiO2纳米粉体,应用在DSSC的光阳极薄膜中,获得了较为显著的光电转换性能.这些研究表明,和纳米颗粒TiO2制备的多孔薄膜光阳极相比,高度有序的TiO2纳米棒制备的光阳极为电子提供了高速流通的通道,减少界面复合的机会；纳米棒颗粒之间的孔洞具有更高的连通率,在传质动力学过程中,电解质更容易进行扩散,扩散效率也更高；纳米棒中具有较多的非离域态载流子,可以在晶体的长度方向自由移动而有可能降低电子空穴的复合率,提高材料的光电性能.
DSSC的研究已持续20几个年头,但其光电转化效率及电池的性能还有待提高.为了进一步提高DSSC中TiO2光阳极的光电性能,研究者进行大量复合结构的开发工作,其中一些研究是将TiO2和石墨烯复合制备光阳极薄膜,并取得较好的光电转换效果.这些研究表明,石墨烯/TiO2复合结构既降低了电子一空穴对的复合几率,又能提高光阳极对染料的吸附能力.和纯TiO2纳米粒子制备的多孔光阳极薄膜相比,石墨烯/TiO2复合做光阳极的DSSC器件的光电转化效率得到提高,引入石墨烯组分更有利于器件中电荷的传输和转移.
本文将石墨烯和TiO2纳米棒复合通过电流体动力学技术（EHD）制备了DSSC光阳极薄膜,期望充分利用石墨烯和TiO2纳米棒的各自优点,分别考察了不同石墨烯含量的光阳极薄膜的光电转换能力.
1 实验方法和工艺流程
1.1 实验材料
实验中所用药品主要有四氯化钛（分析纯,国药集团化学试剂有限公司）,钛酸四丁酯（化学纯,国药集团化学试剂有限公司）,乙二胺（分析纯,国药集团化学试剂有限公司）,异丙醇（分析纯,国药集团化学试剂有限公司）,乙酰丙酮（分析纯,国药集团化学试剂有限公司）,石墨烯（氧化石墨还原法制备）.
1.2 TiO2纳米棒粉体的制备
本实验以四氯化钛为原料,采用水热法合成TiO2纳米棒.量取5.4 mL浓度为2 mol/L的TiCl4溶液和81 mL的去離子水混合放入冰水浴中,在磁力搅拌作用下,先后逐滴加入144 mL异丙醇和24 mL的乙二胺,搅拌至均匀,溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中,放入干燥箱内升温至180℃,保温11 h.然后将反应釜内的TiO2纳米棒溶胶前驱体转移到烧杯中,过滤洗涤至中性,烘干、研磨后及得到TiO2纳米棒粉体,备用.
1.3 石墨烯/TiO2纳米棒复合粉体的制备
本实验采用物理方法将石墨烯和上述制备的TiO2纳米棒混合制备石墨烯/TiO2纳米棒复合粉体.称取一定量的已制备好的TiO2纳米棒粉体及一定量的石墨烯粉体（石墨烯的质量分别占混合后粉体总质量的0%、1%、3%、5%、10%,分别表示为GT0、GT1、GT3、GT5和GT10）,将二者分别放入小烧杯中,加入一定体积的去离子水形成悬浮液.然后超声2 h,磁力搅拌24 h,然后在8 000 r/min的转速下离心15 min.经过滤、烘干、研磨后及得到墨烯/TiO2纳米棒复合粉体,备用.
1.4 石墨烯/TiO2纳米棒溶胶的制备
分别在磁力搅拌作用下,配制质量分数为10%的乙基纤维素的乙醇溶液及质量分数为50%的松油醇的乙醇溶液.取6 g的乙基纤维素的乙醇溶液和1 g松油醇的乙醇溶液混合,并滴加少量的乙酰丙酮得到混合溶液.将质量为0.2 g的石墨烯/Ti02纳米棒复合粉体和混合液混合,超声搅拌直至分散均匀,即可得到光阳极薄膜用溶胶.
1.5 离子液体电解质的配制
配制0.1 moL/L的碘化锂及0.05 mol/L的碘单质、0.45 mol/L的N- -苯丙咪唑溶解在体积比为1：2的3-甲氧基丙腈和1- -3-丙基咪唑碘盐的混合溶液.通过室温超声分散1 h,得到棕红色的均匀混合溶液,即为离子液体电解质.
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参考文献：
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