新型染料敏化太阳能电池对电极材料的设计及表面催化过程机理研究
批准号:
21373083
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
杨化桂
依托单位:
学科分类:
B0205.电化学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜海波、杨晓华、张波、邢军、吴龙、房文祺、侯宇、杨双、郭建伟
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中文摘要
贵金属铂(Pt)的高成本、低储量使得寻求非Pt的染料敏化太阳能电池(DSSC)对电极材料引起科研工作者的广泛关注。然而,由于对Co基氧化还原电对在对电极表面的非均相催化过程的理解尚不成熟,目前高效筛选非Pt对电极材料仍是一大挑战。本项目将以申请人以往在对电极材料催化机理及表面微结构调控等方面的研究成果为基础,致力于解决基于Co基电解质的DSSC的关键科学问题,并实现以下几个目标:可控合成具有特定晶面和表面原子构型的氧化物、硫化物等新型对电极材料;阐明对电极材料的表面几何结构、电子结构与其电催化性能及DSSC光电性能之间的构效关系;揭示对电极材料表面催化的关键步骤及其机理,建立非Pt对电极材料的理论筛选策略;基于上述成果,开发出一批高性能、低成本的非Pt对电极材料,推进染料敏化太阳能电池这一光伏器件的产业化进程。
英文摘要
Developing non-Pt based counter electrode materials for dye-sensitized solar cells(DSSC) has attracted great research interest due to the low abundance and high cost of Pt. However, on current stage, it is till an open challenge to screen potential counter electrode materials efficiently because of the limited understanding of the heterogeneous catalytic behaviours of Co-based redox mediators on the surface of counter electrodes. Based on our preliminary results of mechanistic study on the catalytic reactions of redox couples and micro-structure optimization for counter electrodes, this project will concentrated on the critical scientific issues in DSSC containing cobalt(II/III) electrolyte.In this project,we will synthesize novel counter electrode materials such as metal oxides or metal sulfides with unique crystal facets and surface atomic configurations. Furthermore, the project will explore the relationship between the surface geometrical and electrical structures and catalytic bahaviours, which largely determine the device performance. More importantly, this project will reveal the key steps of surface catalysis of redox mediators and develop a general principle for screening Pt-free alternative counter electrode materials, which can promote the commercialization of this emerging photovoltaic technique.
染料敏化太阳能电池可将太阳光直接转化为电能,对于缓解能源和环境问题具有重要意义。作为染料敏化太阳能电池的关键材料之一,高性能对电极材料的开发对提升其光电转换效率十分关键。本项目将实验研究和理论计算有机结合,进一步验证了理解和验证了电解质中氧化还原电对的关键过渡态在对电极表面的吸附能对其氧化还原活性的决定性影响;通过晶态材料结构调控手段,利用湿化学法和气相法可控合成了具有特定表面结构(如富含氧空位、暴露特定晶面)的WO3、Fe2O3、SnO2、In2O3等新型的二元及三元无机化合物对电极材料,发现氢处理过程在表面氧空位构造、提升金属氧化物催化活性方面具有普适性;利用自由基辅助法、配体聚合物辅助法等,制备了表面负载有超小Pt或PtO纳米颗粒的Pt-MWCNTs,PtO-CNTs复合纳米材料,获得优越的光电转换性能。上述材料的开发对于降低传统对电极材料—贵金属Pt的使用量,有效降低染料敏化太阳能电池的成本,并促进其产业化进程具有重要作用,同时也为新型对电极材料的开发提供了思路借鉴和理论指导。此外,针对染料敏化太阳能电池的光阳极材料构建进行了探索,制备了具有准单晶结构的介孔二氧化钛颗粒,构建了多孔水泥状TiO2光阳极,进一步提升了太阳能电池器件的整体性能。此外,开发了几种用于新型钙钛矿太阳能电池的电子传输层和光吸收材料,提升了其光电转换效率和稳定性,为新型太阳能电池的开发奠定了基础。基于项目实施,在Nature Energy, Angew. Chem. Int. Ed., Nature Commun., Chem. Mater., Appl. Catal. B Environ., J. Mater. Chem. A等国际知名学术期刊发表标注有该项目资助的学术论文40余篇,申请3项中国发明专利。项目执行期间,负责人荣获国家杰出青年基金,入选上海市优秀学术带头人,获上海市牡丹奖。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1039/c4ra12988a
发表时间:2015-01
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Xiao Chen;J. Guo;Yu Hou;Y. Li;Shuang Yang;L. Zheng;Bo Zhang;Xiao Hua Yang;H. Yang
通讯作者:Xiao Chen;J. Guo;Yu Hou;Y. Li;Shuang Yang;L. Zheng;Bo Zhang;Xiao Hua Yang;H. Yang
DOI:10.1002/anie.201505988
发表时间:2015-09
期刊:Angewandte Chemie
影响因子:--
作者:Ling Qian;Jianfu Chen;Y. Li;Long Wu;Haifeng Wang;A. Chen;Peijun Hu;Lirong Zheng;H. Yang
通讯作者:Ling Qian;Jianfu Chen;Y. Li;Long Wu;Haifeng Wang;A. Chen;Peijun Hu;Lirong Zheng;H. Yang
A novel strategy for tailoring copper oxide cluster with Pt-like activity for photocatalytic hydrogen evolution
一种定制具有类铂活性的氧化铜簇用于光催化析氢的新策略
DOI:10.1016/j.ijhydene.2015.09.090
发表时间:2015-12
期刊:International Journal of Hydrogen Energy
影响因子:7.2
作者:Yu Hang Li;Li Rong Zheng;Hua Gui Yang
通讯作者:Hua Gui Yang
DOI:10.1002/cplu.201402449
发表时间:2015-05
期刊:ChemPlusChem
影响因子:3.4
作者:Shuang Yang;Y. Zheng;Yu Hou;H. Yang
通讯作者:Shuang Yang;Y. Zheng;Yu Hou;H. Yang
DOI:10.1021/acs.iecr.6b04478
发表时间:2016
期刊:INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
影响因子:4.2
作者:Hou Yu;Qiao Hongwei;Yang Shuang;Li Chunzhong;Zhao Huijun;Yang Hua Gui
通讯作者:Yang Hua Gui
质子交换膜电解水高稳定阳极催化材料的理性设计及高性能膜电极构筑
- 批准号:22239001
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:280万元
- 批准年份:2022
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
晶态人工光合成材料的表界面调控及其器件化研究
- 批准号:--
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:247万元
- 批准年份:2019
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
Z型光解水体系中电子转移介体的界面行为调控研究
- 批准号:21573068
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
基于尖晶石型MFe2O4催化剂光分解水制氢研究
- 批准号:21076076
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
钙钛矿型光解水制氢晶体材料的理论设计和可控制备
- 批准号:91022023
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
新型可见光全分解水制氢催化剂的设计与可控合成
- 批准号:20973059
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:34.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:杨化桂
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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