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李广教授课题组在三元组分多功能催化剂的设计、合成与性能研究方面取得重要进展

作者:来源:物理与材料科学学院 日期:2019-06-18点击:14属于:学院动态
 


设计和开发具有良好催化活性和循环稳定性的对电极材料对进一步提高染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电转换效率具有重要意义。将三元活性组份有效整合成对电极(CE)材料,并理解三元组份之间的相互作用是十分必要的。

近日,物理与材料科学学院李广教授课题组创造性的提出了一种多步转化法,用于构建固定在N掺杂空心薄壳碳球(NHC)表面的NiS纳米片,再用还原氧化石墨烯(RGO)封装而形成NHC/NIS/RGO 纳米复合材料。该纳米复合材料具有良好的电化学性能,可作为探针来探究DSSC电池的对电极探界面电荷分布行为。研究发现,具有大的比表面积RGO的界面电荷极化有利于电荷转移,在NHC表面均匀分布的NiS纳米片聚集电子,使界面耦合增强,同时进一步促进电荷转移、三碘化物氧化与还原化学循环反应,导致NHCS/NIS/RGO纳米复合物为对电极的DSSC器件的光电转换效率(PCE)达到9.32%,比铂作为对电极的DSSC电池的8.06%效率高出近1.2%。本研究不仅为制备性能优异的三元功能型催化材料提供了策略,而且从界面电荷分布的角度揭示了复合物的几何构型因子的作用,为新型电极材料在能源器件中的应用提供了丰富的路线图。

研究内容以题为Multi-interface superstructure strategy to improve the catalytic activity and cyclic stability in enhancing the photo conversion in solar cells”发表在 催化领域一区Top期刊《Applied Catalysis B: EnvironmentalIF= 11.698)上Applied Catalysis B: Environmental 256 (2019) 117857)。2019级博士研究生姚吉鑫同学(2015级硕士研究生推荐审核制为2019级博士研究生)2017级硕士研究生王雯同学为该论文的共同第一作者该论文研究工作得到了科技部重点专项课题(2017YFA0403503)、国家自然科学基金(11674001)、安徽大学物质科学与信息技术研究院开放课题(S01003103)、安徽省自然科学基金(1708085MA07,1708085QE116)等的联合资助。 

   


 

进一步,设计并制备过渡金属硫化物(TMS)和杂质掺杂原子碳基复合材料,以获得具有大比表面积的空心结构是人们追求的目标,而空心夹层结构的高效、低成本多功能电催化剂是储能和转化的理想选择。要合成这类复合材料需要将具有不同形貌的双碳层和催化活性金属硫化物纳米片如,Ni3S2纳米片,高度有序集成在一起,最终形成具有三明治结构的多功能电催化剂。

物理与材料科学学院李广教授课题组最近合成了大的比表面积和多个活性中心的N掺杂空心碳球(NHC)。然后,将Ni3S2纳米片逐级分层的粘附到NHC表面形成NHC/Ni3S2纳米复合材料,再将纳米复合材料封装在还原石墨烯氧化物(RGO)中,形成NHC/Ni3S2/RGO三明治夹层结构。该NHC/Ni3S2/RGO纳米复合材料在染料敏化太阳能电池(DSSC)、酸性产氢反应(HER)和超级电容器储能系统(赝电容)中表现出优异的多功能催化剂性能。以该纳米复合材料为对电极的DSSC光电转换效率可达9.03%。含有纳米复合材料的超级电容器的比电容为990.6F g-1。当将该复合材料用作HER的催化电极时,当电流密度为10 mA·cm−2时,过电位仅为−142 mV。此外,0.5 M硫酸溶液中的其塔菲尔(Tafel)斜率也很小,为98.1 mV·dec-1。这项工作为开发多功能能源储存和转化的催化材料提供一种新的策略。

研究内容以题为Multifunctional sandwich structure with plentiful active sites to achieve electronic transferring modulation and its application in energy storage and conversion”发表在工程技术领域一区期刊《Nanoscale HorizonsIF= 9.39)上Nanoscale Horizons, 2019, DOI: 10.1039/C9NH00133F)。2017级硕士研究生王雯同学为该论文的第一作者。该论文研究工作得到了科技部重点专项课题(2017YFA0403503)、国家自然科学基金(11674001)、安徽大学物质科学与信息技术研究院开放课题(S01003103)、安徽省自然科学基金(1708085MA07,1708085QE116)的联合资助。

      




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