多元金属硒化物的可控合成、改性及其在能源转换和存储器件中的应用研究
发布时间：2022-01-22 12:14
近年来随着人口的增长和人类生活需求的提升,社会对于各类能源需求量大幅增加,带来了更多对能源存储和运输方面的需求。金属硫族化合物纳米材料具有独特的物理和化学特性,在储能材料领域有很大的应用潜力。因此,制备小尺寸、高质量的新型金属硫族化物纳米材料,并在此基础上开发高效的改性手段,从材料制备和改性两方面深入研究此类材料性能的优化,是其在解决能源和环境问题中发挥更重要、更全面的实际作用的基础,是非常有意义的。本论文制备了三种多元金属硒化物,并利用碳材料和贵金属复合的方式制备了相应的改性材料,并且将其作为电极材料应用到了锂离子电池,锂硫电池,染料敏化太阳能电池中。第一章是绪论部分,论文介绍了金属硫族化合物纳米材料的合成方法、改性手段、其在能源转换和存储器件中的应用以及选题目的和意义。第二章,我们使用高温热注入合成方法成功地合成了具有纤锌矿结构的三元Cu9Sn2Se9纳米晶体,制备出的纳米粒子具有良好的分散性,粒径均一。通过巯基丙酸（MPA）配体交换过程对所合成的纳米材料进行表面修饰后,材料作为新型非复合型锂电池负极材料,具有很高的...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属硫族化合物/改性金属硫族化合物纳米材料及其在能量转换和存储设备中应用的示意图[6]
第1章绪论21高比电容，并具有出色的放电速率和循环稳定性。另外，CuS与碳纳米管骨架等具有高比表面积的导电物质结合制备出的复合材料可以大大提高超级电容器的性能。如图1.12A所示，Lou课题组使用模板法制备了碳纳米管(CNT)@CuS复合材料，凭借独特的纳微结构和材料固有的特性，所制备的CNT@CuS材料具有高比电容和出色的循环稳定性[137]。后来，Huang课题组使用水热法合成出直径为1μm的含CNT的三维多孔CuS微球复合电极材料（图1.12B），电流密度为10mAcm-2时，10000次循环平均可逆电容高达1960Fg-1[138]。通过CuS的原位氧化聚合方法可以制备出高性能的CuS@PPy复合材料（图1.12C），复合材料具有均匀的球体，平均直径为1μm，在1Ag-1时具有427Fg-1的高比电容[139]。如图1.12D所示，将硫化铜（CuS）直接生长在Cu集流体上，所制备的CuSNW具有良好排列的结构，较高的长宽比和密度，以及与集流体良好的接触。电极不仅有独特的结构，而且避免了使用粘结剂，得到高达1.11mWhcm-3的体积能量密度，2000次循环后可以达到91％的保持率和97.7％的高库仑效率[140]。图1.12(A)碳纳米管(CNT)@CuS复合材料的制备机理图，(B)(a,c)CuS和(b,d)CuS/CNT复合材料的SEM图像，(C)CuS和CuS@PPy复合材料的SEM图像和TEM图像，(D)(a)CuSNWs合成过程的示意图，(b)制备的Cu(OH)2和CuSNWs的XRD图谱，(c-d)CuSNW的SEM图像[137-140]
第1章绪论23CdTe，CuInS2[154]等等均已作为敏化材料应用于太阳电池之中，Zhong[155]和Wang[156]课题组采用CdSe作为电池的敏化材料所获得的光电转换效率可达5.4%左右。Zhang课题组使用更加环保的CuInS2[154]和Zn-Cu-In-Se[157]材料（图1.13）作为电池的敏化材料，分别达到7.04%和11%的光电转换效率，达到世界领先水平。聚合物-无机纳米晶体混合太阳能电池是由有机聚合物和无机半导体纳米晶体制成的光伏器件，它们既具有材料优势，又具有较低的成本。在器件中，聚合物是电子供体和空穴传输介质，而无机纳米晶体通常充当电子受体和电子传输介质[158]。最初在2002年，Alivisatos课题组设计制备了CdSe-P3HT（聚3-己基噻吩）混合太阳能电池，还提出了402种具有此类器件的潜在应用潜力的金属硫族化合物纳米晶体材料，包括SnSe/P3HT[13]，In2S3/P3HT[159]，FeS2/P3HT[160]等。Li小组使用有效的溶液相合成方法制备了长度可调的胶体SnSe纳米线，基于长SnSe纳米线和P3HT的混合太阳能电池器件具有0.01％的光电转换效率，在相同条件下（AM1.5G模拟太阳光），与纯P3HT器件（PCE=0.0038％）相比，提高了174％，证明SnSe纳米线对光生电荷产生及传递起着重要作用[13]。图1.13使用Zn-Cu-In-Se量子点作为敏化材料制备出光电转换效率为11.6%量子点敏化太阳能电池[157]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of α-Mo2C by Carburization of α-MoO3 Nanowires and Its Electrocatalytic Activity towards Tri-iodide Reduction for Dye-Sensitized Solar Cells[J]. J.Theerthagiri,R.A.Senthil,M.H.Buraidah,J.Madhavan,A.K.Arof. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]表面态和线间距对氧化锌纳米线/聚（3-己基噻吩）复合纳米结构光伏性能的影响（英文）[J]. 黄玉茜,程轲,刘婧婧,薛明,邝忠诚,杜祖亮. Science Bulletin. 2016(03)
本文编号：3602181
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
金属硫族化合物/改性金属硫族化合物纳米材料及其在能量转换和存储设备中应用的示意图[6]
第1章绪论21高比电容，并具有出色的放电速率和循环稳定性。另外，CuS与碳纳米管骨架等具有高比表面积的导电物质结合制备出的复合材料可以大大提高超级电容器的性能。如图1.12A所示，Lou课题组使用模板法制备了碳纳米管(CNT)@CuS复合材料，凭借独特的纳微结构和材料固有的特性，所制备的CNT@CuS材料具有高比电容和出色的循环稳定性[137]。后来，Huang课题组使用水热法合成出直径为1μm的含CNT的三维多孔CuS微球复合电极材料（图1.12B），电流密度为10mAcm-2时，10000次循环平均可逆电容高达1960Fg-1[138]。通过CuS的原位氧化聚合方法可以制备出高性能的CuS@PPy复合材料（图1.12C），复合材料具有均匀的球体，平均直径为1μm，在1Ag-1时具有427Fg-1的高比电容[139]。如图1.12D所示，将硫化铜（CuS）直接生长在Cu集流体上，所制备的CuSNW具有良好排列的结构，较高的长宽比和密度，以及与集流体良好的接触。电极不仅有独特的结构，而且避免了使用粘结剂，得到高达1.11mWhcm-3的体积能量密度，2000次循环后可以达到91％的保持率和97.7％的高库仑效率[140]。图1.12(A)碳纳米管(CNT)@CuS复合材料的制备机理图，(B)(a,c)CuS和(b,d)CuS/CNT复合材料的SEM图像，(C)CuS和CuS@PPy复合材料的SEM图像和TEM图像，(D)(a)CuSNWs合成过程的示意图，(b)制备的Cu(OH)2和CuSNWs的XRD图谱，(c-d)CuSNW的SEM图像[137-140]
第1章绪论23CdTe，CuInS2[154]等等均已作为敏化材料应用于太阳电池之中，Zhong[155]和Wang[156]课题组采用CdSe作为电池的敏化材料所获得的光电转换效率可达5.4%左右。Zhang课题组使用更加环保的CuInS2[154]和Zn-Cu-In-Se[157]材料（图1.13）作为电池的敏化材料，分别达到7.04%和11%的光电转换效率，达到世界领先水平。聚合物-无机纳米晶体混合太阳能电池是由有机聚合物和无机半导体纳米晶体制成的光伏器件，它们既具有材料优势，又具有较低的成本。在器件中，聚合物是电子供体和空穴传输介质，而无机纳米晶体通常充当电子受体和电子传输介质[158]。最初在2002年，Alivisatos课题组设计制备了CdSe-P3HT（聚3-己基噻吩）混合太阳能电池，还提出了402种具有此类器件的潜在应用潜力的金属硫族化合物纳米晶体材料，包括SnSe/P3HT[13]，In2S3/P3HT[159]，FeS2/P3HT[160]等。Li小组使用有效的溶液相合成方法制备了长度可调的胶体SnSe纳米线，基于长SnSe纳米线和P3HT的混合太阳能电池器件具有0.01％的光电转换效率，在相同条件下（AM1.5G模拟太阳光），与纯P3HT器件（PCE=0.0038％）相比，提高了174％，证明SnSe纳米线对光生电荷产生及传递起着重要作用[13]。图1.13使用Zn-Cu-In-Se量子点作为敏化材料制备出光电转换效率为11.6%量子点敏化太阳能电池[157]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of α-Mo2C by Carburization of α-MoO3 Nanowires and Its Electrocatalytic Activity towards Tri-iodide Reduction for Dye-Sensitized Solar Cells[J]. J.Theerthagiri,R.A.Senthil,M.H.Buraidah,J.Madhavan,A.K.Arof. Journal of Materials Science & Technology. 2016(12)
[2]表面态和线间距对氧化锌纳米线/聚（3-己基噻吩）复合纳米结构光伏性能的影响（英文）[J]. 黄玉茜,程轲,刘婧婧,薛明,邝忠诚,杜祖亮. Science Bulletin. 2016(03)
本文编号：3602181
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