掺氮碳纳米管/钼化合物的纳米复合材料的对电极特性研究

摘要

能源是伴随着人类社会的进步与发展不可或缺的动力，随着化石能源的急剧消耗，能源枯竭问题已经开始威胁到人类的生存，而且，传统能源的使用会排放大量对环境有害的物质，在能源枯竭的情况下同时面临着各种各样的环境问题，比如温室效应、臭氧层空洞、雾霾等等。为了寻找化石能源的替代品和改善环境污染，一种清洁可再生的能源-太阳能受到广泛关注。而利用太阳能的方式主要是利用光伏效应将太阳能转化为电能储存在太阳能电池中。太阳能电池种类繁多，当今硅太阳能电池仍占据市场主体，但由于其成本较高，一种新型的太阳能电池-染料敏化太阳能电池（DSSC）由于其成本低、生产工艺简单、质量小等优点而具有很好的前景；但是高性能染料敏化太阳能电池所用的对电极为Pt材料，而且在电池充放电的过程中Pt还会被消耗，所以本文在寻求能够替代Pt作为DSSC对电极材料做了一些工作。
　　本文通过水热处理的方法制备出三氧化钼纳米线，然后经过冰水浴搅拌分别在三氧化钼纳米线表层包覆了聚苯胺和聚吡咯，最后将包覆聚苯胺和聚吡咯的三氧化钼纳米线放入管式炉中，分别在氩气和氨气的环境下进行原为固态反应生成掺氮碳纳米管/二氧化钼（MoO2/NCNTs）和掺氮碳纳米管/氮化钼（MoN/NCNTs）纳米复合材料。通过对两种材料进行一系列的表征分析，包括透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）等，发现MoO2/NCNTs纳米复合材料内部为晶化的二氧化钼，而且内部并非一整条晶化的二氧化钼，而是排列有序的长度约为200 nm，宽度约为15 nm的二氧化钼纳米带，相邻的纳米带之间的空隙约有1~3 nm宽，与之对应的外部为非晶多孔掺氮碳纳米管。MoN/NCNTs纳米复合材料结构类似，内部为晶化的氮化钼，外部为非晶多孔掺氮碳纳米管，不过其外层的碳管厚度要比MoN/NCNTs纳米复合材料薄一些。
　　利用上述制备的两种材料和Pt作为对电极分别组装染料敏化太阳能电池，利用电化学工作站对其进行性能测试，发现MoO2/NCNTs纳米复合材料作DSSC对电极的光电转换效率已经接近Pt作DSSC对电极的光电转换效率，同时，MoN/NCNTs纳米复合材料作对电极也具有较高的光电转换效率，而光电转换效率是衡量染料敏化太阳能电池性能好坏的重要标准，所以MoO2/NCNTs和MoN/NCNTs纳米复合材料作为替代Pt作对电极具有很好的应用前景。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2太阳能电池的分类与发展

1.3 本文选题目的和研究内容

第二章 染料敏化太阳能电池的介绍

2.1 染料敏化太阳能电池（DSSC）的结构与制备

2.2 染料敏化太阳能电池的基本原理

2.3 太阳能电池的参数

2.4本章小结

第三章 实验仪器和材料表征

3.1 实验试剂及所用仪器

3.2 材料表征分析仪器

3.3 电化学工作站的简要介绍

3.4 本章小结

第四章 钼基纳米复合材料作DSSC对电极的研究

4.1掺氮碳纳米管/二氧化钼纳米复合材料的制备

4.2材料的表征

4.3 DSSC的制备

4.4 DSSC性能测试

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢