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有关能源危机与环境污染的问题一直以来都受到人们的广泛关注,解决这些问题的重要措施之一便是可再生清洁能源的充分利用。太阳能作为一种新型绿色能源,取之不尽用之不竭,其有效开发和利用对于能源结构的调整和生态环境的发展至关重要。在众多新型太阳能电池中,染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)具有工艺技术简单、制备成本低廉、转换效率(power conversion efficiency,PCE)较高等优点,因而发展前景十分广阔。对电极(counter electrode,CE)作为DSSCs重要的组成部分之一,它需要具有优良的导电性以及对I3-出色的电催化还原性能。然而铂作为传统的对电极,储量较少,价格昂贵,与电解质容易发生反应,降低催化性能,导致DSSCs难以实现产业化应用的目标。因此,寻找成本低廉、性能优良的非铂对电极材料是DSSCs的重要研究方向之一。本文旨在合成一类ZIF-67衍生化双金属硫化物纳米材料并将其应用于DSSCs对电极,该类材料比表面积较大,催化活性位点也随之增多,并且具有一定的协同催化作用,可改善其催化活性。具体研究内容如下:1.阳离子取代合成Co8FeS8/N-C十二面体纳米笼及其在DSSCs中的应用以ZIF-67为模板,利用硫化和阳离子交换法成功制备了双金属硫化物Co8FeS8/N-C DNCs十二面体纳米笼并研究了其在DSSCs对电极中的应用。首先基于理论计算确定了阳离子取代法的可行性,其次通过X-射线衍射仪、电感耦合等离子体光谱仪和X-射线光电子能谱仪对其化学结构与组成进行分析,同时,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征了其形貌及结晶性。实验结果表明,与Pt对电极和单金属硫化物Co9S8/N-C对电极相比,Co8FeS8/N-C DNCs对三碘化物的还原表现出了最小的峰电位差、最小的界面传递电阻以及最大的交换电流密度J0,Co8FeS8/N-C DNCs的高结晶性和大的比表面积有利于I3-的吸附与催化。基于Co8FeS8/N-C DNCs材料组装成对电极的DSSCs光电转换效率达到8.06%,高于Pt CE。2.双金属硫化物(CoxM1-x)9S8/M/N-C(M=Ni,Cu)的合成及其在DSSCs和OER中的应用以ZIF-67为模板,首先将其转化为空心十二面体Co9S8/N-C,然后通过简单的阳离子交换法,将不同比例的Ni2+和Cu2+分别掺杂到Co9S8/N-C中制备双金属硫化物((CoxM1-x)9S8/N-C,M=Ni or Cu)及其复合物((CoxM1-x)9S8/M/N-C,M=Ni or Cu),并通过多种表征手段,证实了两种金属离子的掺杂方式与元素分布。由于其独特的组分和结构,(CoxM1-x)9S8/M/N-C对三碘化物还原反应和析氧反应(OER)均表现出较强的电催化性能。研究发现,电催化性能极大地取决于Co:M的原子比和材料中的组分。(Co0.75Ni0.25)9S8/N-C DNCs作为DSSCs对电极时对三碘化物还原反应表现出了最佳的电催化活性,其光电转换效率达到了 8.84%,远远高于其他组分的材料和Pt对电极。而(Co0.64Ni0.36)9S8/Ni/N-C-1作为OER催化剂时在电流密度为10 mA cm-2情况下过电势最低(326 mV),表现出了良好的电催化性能。3.氧化石墨烯辅助增强Co8FeS8和(CoxNi1-x)9S8催化还原碘化物性能及其在DSSCs中的应用为了提升双金属硫化物材料作为DSSCs对电极时的催化能力,将性能较优的Co8FeS8、(CoxNi1-x)9S8分别与氧化石墨烯(GO)进行复合。首先将ZIF-67原位生长于GO表面,经过硫化形成Co9S8/GO,再用阳离子交换法制备出Co8FeS8/GO和(CoxNi1-x)9S8/GO复合材料。复合材料表征显示ZIF-67均匀地分布于GO表面,硫化后形成空心的Co9S8/GO。经过离子交换后双金属硫化物牢固地附着于GO表面,形成复合纳米材料。通过循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)以及塔菲尔极化曲线(Tafel)等方法测试了复合材料对I3-的催化活性,结果显示随着石墨烯的引入,其电催化活性明显提升。光电测试结果表明,与单纯 Co8FeS8和(CoxNi1-x)9S8相比,Co8FeS8/GO 和(CoxNi1-x)9S8/GO 作为DSSCs对电极时光电转换效率得到提高,分别达到8.74%和8.98%。双金属硫化物/氧化石墨烯复合材料具有潜在的应用价值,可作为DSSCs铂电极的替代材料,从而达到降低成本、提高PCE的目的。