水熱法制備納米WO3及其在超級(jí)電容器、鈣鈦礦太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf_第1頁(yè)
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1、WO3性質(zhì)穩(wěn)定且無(wú)毒,是一種重要的n型間接帶隙半導(dǎo)體材料,在能量轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)領(lǐng)域都是關(guān)注的熱點(diǎn)之一。已有研究表明,通過(guò)WO3形貌的變化、WO3與其他材料復(fù)合等方式可以提高WO3的電化學(xué)性能。
  本文利用水熱法分別制備了薄膜WO3、納米片陣列WO3和納米樹(shù)葉陣列WO3,在其表面電沉積制備了WO3/PANI復(fù)合電極,研究其作為超級(jí)電容器電極材料的性能,主要探討了WO3形貌、退火處理對(duì)WO3晶相等性質(zhì)的影響,并研究了WO3/PANI復(fù)合

2、電極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明,當(dāng)Na2WO4濃度為5mmol·L-1、5.5mmol·L-1、10mmol·L-1時(shí)可分別得到薄膜WO3、納米樹(shù)葉陣列WO3、納米片陣列WO3。以這三種不同形貌的納米WO3為襯底,以50mV/s的電沉積掃描速率,15圈的循環(huán)周期,在其表面電聚合制備PANI,得到了薄膜WO3/PANI電極、納米樹(shù)葉陣列WO3/PANI電極、納米片陣列WO3/PANI電極。相比于其它電沉積條件,該條件下所制備復(fù)合電極在電容容量

3、、電極反應(yīng)可逆性,PANI附著強(qiáng)度等性質(zhì)上表現(xiàn)更優(yōu)。在所制備三種電極中,退火薄膜WO3/PANI復(fù)合電極的電容為9.23mF·cm-2,其循環(huán)伏安曲線(xiàn)中氧化還原反應(yīng)的電化學(xué)波在不同掃描速率下偏移較小,說(shuō)明其可逆性好;退火納米片陣列WO3/PANI復(fù)合電極電容為34.06mF·cm-2,退火納米樹(shù)葉陣列WO3/PANI復(fù)合電極電容為17.94mF·cm-2,兩者的電化學(xué)波隨著掃描速率增加時(shí)偏移程度相似,均較大,電極的可逆性比退火薄膜WO3

4、/PANI復(fù)合電極差。
  為了對(duì)菊芋秸稈(Jerusalem artichoke,JA)這一生物質(zhì)資源的二次利用,通過(guò)KOH活化菊芋秸稈得到菊芋多孔碳,再將菊芋多孔碳浸泡在WCl6的異丙醇溶液中兩天,產(chǎn)物在空氣氣氛中煅燒后,得到WO3摻雜菊芋多孔碳(WO3/JA),將WO3/JA復(fù)合材料作為超級(jí)電容器的電極材料,探討了WO3摻雜量對(duì)WO3/JA復(fù)合多孔碳電極電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在1mol·L-1H2SO4電解液中,電極的

5、比電容達(dá)到了236F·g-1(電流密度1A·g-1),而菊芋多孔碳空白樣比電容僅181F·g-1。WO3摻入多孔碳不僅提高了材料的導(dǎo)電性,也加強(qiáng)了電解質(zhì)在電極上的滲透與擴(kuò)散能力。
  利用水熱法在WO3襯底上制備納米樹(shù)葉陣列WO3和納米片陣列WO3,并作為骨架層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池中,探討了退火溫度對(duì)WO3納米陣列形貌、晶相、光學(xué)帶隙及對(duì)相應(yīng)鈣鈦礦太陽(yáng)電池光伏性能的影響。結(jié)果表明,未退火納米樹(shù)葉陣列WO3結(jié)晶水含量少,為WO3·0

6、.33H2O晶體,在退火過(guò)程中結(jié)晶水逐漸消失,有利于鈣鈦礦的穩(wěn)定,但因結(jié)晶水含量少,退火處理后其含量變化對(duì)鈣鈦礦穩(wěn)定性提升效果不明顯,而陣列退火后表面出現(xiàn)褶皺、空隙,會(huì)降低其作為空穴阻擋層的效果,導(dǎo)致空穴與電子的復(fù)合,退火溫度越高,情況越嚴(yán)重,故隨著退火溫度的升高,其太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率明顯下降,基于未退火納米樹(shù)葉陣列WO3的鈣鈦礦太陽(yáng)電池獲得最佳6.27%的光電轉(zhuǎn)換效率;未退火納米片陣列WO3的結(jié)晶水含量較多,為WO3·H2O晶體,在

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