过渡金属硫化物的可控合成及催化特性

摘要

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有低成本、易制备、高光电转换效率等特点而备受关注.DSSC主要由对电极、氧化还原电解液、光敏化剂和光阳极构成.对于对电极材料的构筑,不仅要有低廉的价格,而且要有优异的光电转换性能和高稳定性.传统的对电极材料是贵金属铂,但铂的价格昂贵且稳定性差,因此开发无铂的对电极材料成为了研究的热点.本论文以低成本的、高效的过渡金属硫化物为究对象.先合成了高结晶度的小尺寸的单分散的硫化镍纳米晶,其光电转换效率接近于铂基.这主要是因为高结晶度、小尺寸的硫化镍纳米晶可提供更多的催化活性位点,利于I3-的催化还原.与此同时,结合密度泛函第一性原理理论计算了不同晶面的结合能以及对I3-的吸附能.为了进一步提升DSSC的光电转换效率,又合成了暴露高能面的硫化亚铁纳米片,理论计算也证实了高能面的暴露.基于此材料的DSSC的光电转换效率远高于铂基,这主要是高能面的暴露提高了对I3-的催化能力.结合密度泛函理论计算了不同晶面的吸附能、态密度和电子差分密度,说明了硫化亚铁具有优异的催化能力.有望实现铂的替代,促进DSSC的进一步发展.