聚苯胺改性石墨烯的制备、表征与应用--《河南省化学会2014年学术年会论文摘要集》2014年
聚苯胺改性石墨烯的制备、表征与应用
【摘要】：正石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质。有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一。由于具有多种独特的性质,石墨烯在化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器
【作者单位】：
【分类号】：TQ127.11【正文快照】：
石墨烯是最近发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料,它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质。有关石墨烯的基础和应用研究已成为当前的前沿和热点课题之一。由于具有多种独特的性质,石墨烯在化学修饰电极、化学电源、催化剂和药物载体以及气体传感器等方面具
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京公网安备74号氧化石墨烯掺杂聚苯胺的制备及其作为全固态DSSCs中电解质的应用--《湖北大学》2012年硕士论文
氧化石墨烯掺杂聚苯胺的制备及其作为全固态DSSCs中电解质的应用
【摘要】：随着化石能源的枯竭以及各种环境污染和温室效应,使人类对能源尤其是清洁新能源的开发利用有了迫切需求。太阳能电池的开发,为人们解决目前能源危机提供了一条重要途径。与传统的硅太阳能电池相比,染料敏化太阳能电池具有较高的光电转换效率以及成本较低,自被O'Regan和Gratzel发现以来就引起了大家的关注。但是传统的液态电解质存在着系列的技术原因比如密封性差、电解液容易挥发、空气中的水和氧气容易渗入到电解质中而限制了电池的发展,人们研究的目光也从液态电解质转向了全固态染料敏化太阳能电池中来。导电聚苯胺(PANI)因其本身特殊的性质、环境稳定性等在催化、电池、电子技术等多方面得到应用。氧化石墨烯也因其特殊的二维结构和优秀的物理化学性质在化学、生物、物理、材料等多方面得到应用,尤其在制备复合材料上面。基于此,本文的主要工作如下：
1.通过本课题组改进的化学氧化还原法制备了氧化石墨烯和石墨烯。XRD分析和TEM图像表明了GO的层间距离大约是0.8nm。通过GO薄膜的制备和研究,我们可以得出GO是含有大量有机含氧官能团的片层结构,由于这种结构的特殊性使GO的分散性得到了很大的提升,同时通过石墨烯的TGA分析和拉曼分析,我们可以得出还原之后的石墨烯材料未能完全还原。
2.通过酸性和碱性条件下分别合成了PANI/GO复合物。XRD表明,酸性条件下实现的是PANI对GO的包覆,而碱性条件下实现了PANI对GO的插层。通过FT-IR测试,证实了经过还原和二次掺杂之后,实现了复合物中GO的部分还原。通过SEM和TEM分析,得出了经过还原和二次掺杂之后,复合物中PANI的分子链得到了展开,使得复合物的团聚现象得到了减少。TGA分析表明随着GO含量的增加,PANI/GO复合物的热稳定性逐渐增加。电化学测试表明了当GO含量为10wt%左右时,复合物具有较好的电化学性能。通过光电转换性质测试,我们发现,酸性条件下制备的复合物当GO的含量为10wt%且用HCl二次掺杂时,具有的Voc=0.41V, η(%)=0.16, Jsc=1.04mA cm-2的最佳值,而碱性制备的复合物用HC1二次掺杂之后光电转换效率随GO含量变化不大,较为稳定。
3.通过PANI和PVA进行复合之后再与GO形成复合物。XRD图谱表明随着GO含量的增加,复合物中会出现GO的明显的特征峰,而复合物被还原之后,晶型结构变好。红外图谱表明了复合物的结构中只是出现了PANI/PVA的共混而没有化学键的存在。扫描电镜和透射电镜表明了PVA的存在,对复合物中聚合物的尺寸有一定的改变。TGA表明GO的存在使得PANI/PVA复合物的热稳定性降低,但是经过还原和二次酸掺杂,复合物的热稳定性得到了很大的提高。电化学测试表明了3wt%到5wt%之间的复合物的电化学性质最佳,同时经二次掺杂之后,复合物的峰电流大小变成了之前的10倍左右。同时,光电转换效率测试表明,复合物GO含量为5wt%-15wt%之间电池具有较高的光电转换效率。当GO含量为10wt%时,Voc=0.39V, JSc=1.03mAcm-2, HI二次掺杂之后的复合物在电池中的填充因子较好。
4.通过PANI与PoAs单体在酸性条件下制备P(An-co-oAs)复合物,将复合物脱质子化之后与GO复合形成P(An-co-oAs)/GO复合物,并经过还原与二次酸化之后制得最终的产物。XRD结果表明P(An-co-oAs)复合物在GO层间只能以平行的方式排列于GO层间,红外图谱表明复合物的链实现了从卷曲的状态向伸直状态转换,同时P(An-co-oAs)复合物中的-NH官能团与GO的层间形成了氢键的作用,通过电镜分析可以得出插入到GO层间的P(An-co-oAs)的量很少,TGA分析表明聚苯胺和邻甲氧基苯胺之间形成的氢键作用使复合物之间结构上变得更加的稳定,同时GO含量的增加会对复合物的热稳定性有一定的影响。通过光电转换性质测试,我们发现,当GO的含量为5wt%时,Foc=0.38V, Jsc=0.74mAcm-2,光电转换效率能达到0.11%。
【关键词】：
【学位授予单位】：湖北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TB383.1【目录】：
摘要5-7Abstract7-13第一章 绪论13-41 1.1 引言13 1.2 染料敏化太阳能电池13-27
1.2.1 染料敏化太阳能电池的发展历程13-14
1.2.2 染料敏化太阳能电池的基本结构及工作原理14-15
1.2.3 染料敏化太阳能电池性能指标15-17
1.2.3.1 短路电流(J_(sc))15
1.2.3.2 开路电压(V_(oc))15-16
1.2.3.3 光电转化效率(IPCE)16
1.2.3.4 电池的总光电转换效率(η)16
1.2.3.5 Ⅰ-Ⅴ曲线16-17
1.2.4 染料敏化太阳能电池的研究现状及发展17-27
1.2.4.1 TiO_2多孔薄膜的研究进展17-20
1.2.4.1.1 Ti0_2多孔薄膜的性质17-18
1.2.4.1.2 纳米晶TiO_2多孔薄膜的制备18
1.2.4.1.3 TiO_2多孔膜的改性18-20
1.2.4.1.4 TiO_2多孔膜的形貌设计20
1.2.4.2 敏化染料的研究进展20-23
1.2.4.3 电解质的研究进展23-27
1.2.4.3.1 液体电解质的研究进展23-25
1.2.4.3.2 准固态电解质的研究进展25-26
1.2.4.3.3 固态电解质的研究进展26-27 1.3 本论文的选题思想27-29 参考文献29-41第二章 氧化石墨烯的制备及其性能研究41-51 2.1 引言41-42 2.2 实验部分42-44
2.2.1 主要试剂和原料42
2.2.2 主要制备及分析表征仪器42-43
2.2.3 氧化石墨烯及石墨烯的制备方法43-44
2.2.3.1 GO粉末的制备43-44
2.2.3.2 GO薄膜的制备44
2.2.3.3 石墨烯粉末的制备44 2.3 产物表征及结果讨论44-48
2.3.1 FT-IR光谱表征及分析44-45
2.3.2 X射线衍射光谱表征及分析45-46
2.3.3 Raman光谱表征及分析46-47
2.3.4 电子显微镜表征及分析47
2.3.5 热稳定性(TGA)表征及分析47-48 2.4 本章小结48-49 参考文献49-51第三章 聚苯胺/氧化石墨烯的合成及其在DSSC中作为固体电解质的应用51-69 3.1 引言51-52 3.2 实验部分52-54
3.2.1 主要试剂和原料52-53
3.2.2 主要制备及分析表征仪器53-54
3.2.3 实验制备方法54
3.2.3.1 酸性条件下PANI/GO复合物的制备54
3.2.3.2 碱性条件下PANI/GO复合物的制备54
3.2.3.3 PANI/GO复合物的脱掺杂及再掺杂反应54 3.3 产物表征及结果讨论54-66
3.3.1 X-射线衍射测试(XRD)54-56
3.3.2 红外光谱表征(FT-IR)56-58
3.3.3 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)58-59
3.3.4 TGA分析59-60
3.3.5 电化学性质测试分析60-64
3.3.6 光电转换性质测试64-66 3.4 本章小结66-67 参考文献67-69第四章 聚苯胺/聚乙烯醇/氧化石墨烯的合成及其在DSSC中作为固体电解质的应用69-82 4.1 引言69-70 4.2 实验部分70-72
4.2.1 主要试剂和原料70
4.2.2 主要制备及分析表征仪器70-71
4.2.3 实验制备方法71-72
4.2.3.1 PANI/PVA/GO复合材料的制备71-72
4.2.3.2 PANI/PVA/GO复合物的还原及二次用酸掺杂72 4.3 产物表征及结果讨论72-80
4.3.1 X-射线衍射测试(XRD)72-73
4.3.2 红外光谱分析(FT-IR)73
4.3.3 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)73-75
4.3.4 热稳定性分析(TGA)75
4.3.5 电化学性质测试分析75-79
4.3.6 光电转换性质测试79-80 4.4 本章小结80-81 参考文献81-82第五章 聚苯胺-邻甲氧基苯胺/氧化石墨烯的合成及其在DSSCs中的应用82-92 5.1 引言82 5.2 实验部分82-84
5.2.1 主要试剂和原料82-83
5.2.2 主要制备及分析表征仪器83-84
5.2.3 实验制备方法84
5.2.3.1 P(An-co-oAs)复合材料的制备84
5.2.3.2 P(An-co-oAs)/GO复合材料的制备84
5.2.3.3 复合物的还原及二次用酸掺杂84 5.3 产物表征及结果讨论84-89
5.3.1 X-射线衍射测试(XRD)84-85
5.3.2 红外光谱分析(FT-IR)85-86
5.3.3 扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)86
5.3.4 TGA分析86-87
5.3.5 电化学性质测试分析87-89
5.3.6 光电转换性质测试89 5.4 本章小结89-91 参考文献91-92结论92-94硕士阶段发表论文94-95致谢95
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京公网安备74号染料敏化太阳能电池用聚苯胺/石墨复合对电极的制备与性能研究--《高分子学报》2014年06期
染料敏化太阳能电池用聚苯胺/石墨复合对电极的制备与性能研究
【摘要】：引入一种具有网状结构的导电聚苯胺为催化材料,以导电石墨为填充材料,并对其共混后丝网印刷在FTO导电面上,制备了聚苯胺/石墨复合对电极.主要解决对电极催化活性和导电特性不能有效兼顾,制作工艺复杂的问题.扫描电镜(SEM)结果表示,通过二者简单的共混后,导电聚苯胺的网状结构依然存在,石墨的加入有效填充了聚苯胺之间的空隙,在不影响原来催化活性的基础上增强了对电极的导电性.利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)对复合对电极的催化和导电特性进行研究.对该复合对电极组装成的DSSCs进行光电性能测试,结果表明,当石墨的质量分数达到10%时,基于聚苯胺/石墨复合对电极组装成DSSCs的光电转换效率达到了8.5%,为同等条件下传统Pt电极的123%.
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TM914.4【正文快照】：
随着化石燃料等常规能源的日益枯竭,开发利用可再生能源已成为世界各国政府持续发展新能源的战略决策.太阳能作为一种清洁的可再生能源,具有其他能源无可比拟的优势.染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)是新型太阳能电池中最具有代表性的一类电池.自Gr?tze
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