二氧化钛石墨烯复合材料和镍基石墨烯复合材料制备与光电性能测试

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文二氧化钛石墨烯复合材料和镍基石墨烯复合材料制备与光电性能测试论文作者：常建立学生类别：全日制学术型学科门类：化学工程与技术学科专业：化学工艺指导教师：任铁真职称：教授资助基金项目:自然科学基金No.21076056DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalTechnologyTHEPREPARATIONANDPHOTOELECTRICPROPERTIESOF

2、TITANIUMDIOXIDEGRAPHENECOMPOSITESANDNICKLE-BASEDGRAPHENECOMPOSITESbyChangJianliSupervisor:Prof.RenTiezhenMay2014ThisworksupportedbytheNaturalScienceFoundationofChina.No.21076056.河北工业大学硕士学位论文摘要染料敏化太阳能电池已经成为一种新型太阳能转换装置，因为其低价的原材料、简单的制作过程和相对较好的光电性能受到了全世界范围内研究者和企业的瞩目。

3、而对电极是染料敏化太阳能电池的关键组成部分，可以由不同材料和方法制备得到。本文主要研究内容为二氧化钛石墨烯复合材料和镍基石墨烯复合材料的制备方法，然后将其制作成对电极薄膜用于染料敏化太阳能电池，考察了其光电化学性能。将氧化石墨与P25一起用超声分散，然后分别用水合肼还原法和紫外光还原法还原氧化石墨得到石墨烯包裹P25。对石墨烯包裹P25后的两种样品分别进行了扫描电子显微镜(SEM)、紫外光谱仪(UV)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)表征。DSSC都采用P25电极做光阳极，以I-/I-3电解质溶液为电解液，用样品

4、包裹P25制备对电极。组装成电池后，在蓝光、绿光、红光、紫外光、白光及模拟太阳光下进行电化学性能的测试与表征。结果表明，水合肼还原法制得的石墨烯在光电化学性能及其他方面具有明显的优势。向氧化石墨烯中加入镍源，采用简单的水热合成法通过加入不同量的还原剂水合肼不同镍元素复合量，得到了不同种类的氢氧化镍/石墨烯前驱体。之后在氮气下经过不同的焙烧方式得到了镍单质石墨烯复合材料、氧化镍石墨烯复合材料和镍单质氧化镍混合相石墨烯复合材料，并且探索出一种可控相组成的镍基石墨烯复合材料合成方法。对制备得到的样品进行了扫描电子显微镜(SEM

5、)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)等性能表征，并考察了其电化学性能。镍含量为35%的氧化镍石墨烯复合材料作为对电极材料时，染料敏化太阳能电池表现出最佳光电性能，当开路电压(Voc)和(Isc)分别为0.708V和8.41mA/cm2时，计算得到光电转化率为2.08%。结果表明，氧化镍石墨烯复合材料可以大大提高染料敏化太阳能电池光电流，使其成为了一种廉价、高效的染料敏化太阳能电池的电极材料。关键词：石墨烯，二氧化钛石墨烯复合材料，镍基石墨烯复合材料，对电极，染料敏化太阳能电池I二氧化钛石

6、墨烯复合材料和镍基石墨烯复合材料制备与光电性能测试II河北工业大学硕士学位论文AbstractDye-sensitizedsolarcellisanewkindofsolarenergyconversiondevicethathasattractedgreatinterestgloballyduetoitslowcost,easyprocessoffabricationandexcellentefficiency.Thecounterelectrodeisoneofthemostvitalcomponentsinthed

7、ye-sensitizedsolarcellandcanbepreparedwithvariousmaterialsandmethods.Inthisthesis,Titaniumdioxide/graphenecompositesandnickle-basedgraphenecompositeshavebeenpreparedandappliedtoDye-sensitizedsolarcelltoinvestigatetheirphotoelectricproperties.Thengraphiteoxidewass

8、catteredbyultrasoundtogetherwithtitaniumdioxide,afterwhichgraphiteoxidewasrestoredintographenethroughthereducingmethodofhydrozinehydratereducingandUVlight.Thet