摘要：为了促进绿色可再生能源的开发利用,提高低成本染料敏化太阳能电池(DSCs)的光伏性能显得十分重要。对电极作为DSCs的重要组成部分,直接影响其光伏性能。针对硒化镍对电极的电催化性能及其光伏性能有待提高等关键问题,学者们已采用多种合成技术调控硒化镍的形貌与物相,从而提高硒化镍对电极的电催化性能。研究表明,二硒化镍(NiSe2)纳米材料由于具有较多的边缘活性位点而展现出较好的导电性与催化性能。然而,与基于铂电极的电池器件相比,基于NiSe2对电极的DSCs表现出相对较小的填充因子。本工作利用电沉积-溶剂热-硒化技术设计构建出一种新型NiSe2对电极。其中以氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃为基底,采用恒电势电化学沉积技术制备了Co(OH)2薄膜,并以其为生长点通过溶剂热法合成镍基金属有机框架(Ni-MOF)结构,进一步以硒粉为硒源在氩气环境下进行硒化处理制备NiSe2纳米材料。SEM、TEM、XRD与XPS测试结果表明:所制备的样品是由纯相NiSe2物相构成;NiSe2纳米材料呈现出颗粒状形貌,且平均粒径约为500nm;NiSe2纳米材料均匀生长在FTO导电玻璃表面上,可直接作为DSCs的对电极。循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)及塔菲尔(Tafel)极化曲线分析表明,NiSe2对电极展现出较窄的峰-峰间距,较小的串联电阻、电荷传输电阻、能斯特扩散阻抗以及较大的还原峰电流密度和交换电流密度,预示着NiSe2对电极具有良好的电催化性能。这是由于结晶度较高的纯相NiSe2纳米材料具有丰富的边缘活性位点;电沉积-溶剂热-硒化技术有效改善了NiSe2纳米材料在FTO导电玻璃上的附着强度,有利于电子的有效转移。此外,光电流密度-电压(J-V)曲线表明由NiSe2对电极组装的DSCs呈现出优异的光伏性能,其能量转换效率(PCE)高达7.63%,高于铂电极组装的DSCs(7.21%),其填充因子从0.65增大到0.70,可能是由于NiSe2对电极总电阻较小。本工作设计的新型NiSe2对电极不仅具有优异的电催化性能,还成功改善了基于NiSe2对电极的DSCs的填充因子,并有效提高了DSCs的光伏性能。

摘要：黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX 2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni 2-(CO 3)(OH) 2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni 2(CO 3)(OH) 2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S x Se 1- x ) 2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S x Se 1- x ) 2中,Ni(S 0.81 Se 0.19 ) 2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 mA·cm -2 和100 mA·cm -2 的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec -1 。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。