新型二维碳材料_石墨烯在光催化分解水制氢中的研究进展(3)

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首次利用化学改性的石墨

烯(CMG)作为超级电容器的电极材料,测试了基于CMG超级电容器的性能,在水相和有机相电解液

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中其比电容分别为135和99F#g.Vivekchand等

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则比较了不同方法制备的石墨烯用作电容器

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电极材料的性能.Lu等利用丝网印刷技术制备了石墨烯与ZnO和SnO2的复合材料,并研究了电极材料时超级电容器的性能.结果表明,与石墨烯和石墨烯-SnO2相比,石墨烯-ZnO复合材料有较高的比电容,可达66F#g.

此外,石墨烯与金属纳米粒子形成的复合物还被用于燃料电池的研究中.Xu等首次利用石墨烯氧化物制备了石墨烯-金属(Au、Pt、Pd)纳米复合物,把金属纳米颗粒负载到石墨烯表面后,不仅有利于氧化石墨烯的还原,而且阻止了还原后石墨烯片层的团聚.结果表明,制备的石墨烯-Pt复合物可作为直接甲醇燃料电池的阳极催化剂,该研究打开了制备石墨烯-金属纳米颗粒复合物的新局面.Yoo等把Pt催化剂负载到石墨烯表面,用于甲醇燃料电池的研究,负载到石墨烯上的Pt颗粒粒径为0.5nm,使其显示优于炭黑-Pt的电催化甲醇氧化性能.Li等比较了Pt-石墨烯和Pt-Vulcan两种直接甲醇燃料电池催化剂的性能,循环伏安和计时电流安培法结果显示,P-t石墨烯催化剂的电流密度要比P-tVulcan炭高得多,表明在甲醇氧化反应中,Pt-石墨烯催化剂的性能要比P-tVulcan炭好得多.Seger等

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系统研

究了功能化石墨烯-聚合物复合材料的性能,发现石墨烯的加入可以使聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙稀腈的模量、强度、玻璃化转变温度和热分解温度大幅度提高,并且石墨烯的作用效果远远好于单壁碳纳米管和膨胀石墨.陈永胜课题组制备了磺酸基

以及异氰酸酯功能化的石墨烯与热塑性聚氨酯(TPU)的复合材料,并研究了该材料在红外光触发驱动器件(Infrared-TriggeredActuators)中的应用.结果表明,只需加入少量的石墨烯(1w%t),就可以使TPU复合材料的强度提高75%,模量提高120%,并且发现,磺酸基功能化的石墨烯复合材料具有很好的红外光响应性,展现了石墨烯-聚合物复合材料在光驱动器件中的良好应用前景.此外,将石墨烯与导电聚合物进行复合制备性能更为优异的光电功能材料也是研究的热点之一

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利用石墨烯作为Pt催化剂的支持材料,

用于使子交换膜燃料电池(PEM-FCs),比较了Pt-氧化石墨烯与没有任何支持材料的Pt催化剂的电化学活性面积及燃料电池的性能,结果表明Pt-氧化石墨烯的电化学活性面积为比没有任何支持材料的Pt催化剂的电化学活性面积要大得多.当氧化石墨烯被进一步还原后,其电化学活性面积将进一步增大;他们进一步把Pt-石墨烯沉积到Toraypaper上,,4石墨烯在太阳能光电转化及器件中的应用

新型光电转化功能材料与器件的开发对电子、信息及通讯等领域的发展有极大的促进作用.其中,非线性光学材料在图像处理、光开关、光学存储及人员和器件保护等诸多领域有重要的应用前景.好的非线性光学材料通常具有大的偶极矩和P体系等特

172 分 子 催 化 第25卷

等设计并合成了一类由强吸光基团(如卟啉)修饰的

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石墨烯材料.通过系统的结构和非线性光学性质研究,获得了性能比C60(现有公认的最好的有机非线性光学材料之一)更加优秀的非线性光学纳米杂化材料,并且这类材料具有优良的稳定性和溶液可处理性,可望在特种光学器件领域获得应用.

除了显示出优良的非线性光学性质,石墨烯在太阳能光电转化和应用方面也展现出独特的优势.铟锡氧化物(ITO)和氟锡氧化物(FTO)由于其高的电导率和光透射率已被广泛用作太阳能电池的电极材料.石墨烯具有良好的透光性、导电性和电子传输特性,很有潜力成为ITO和FTO的替代材料.利用石墨烯及其衍生物制作透明的导电膜并将其应用于有机太阳能电池、染料敏化太阳电池和有机-无机杂化太阳能电池中也成为人们研究的热点.

陈永胜课题组系统研究了具有溶液可处理性的功能化石墨烯在透明电极和有机太阳能中的应用

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.由于基于石墨烯的柔性透明导电薄膜具

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有80%的透光率和~108/square方块电阻,可望在透明电极及光电器件等方面获得广泛的应用;他们还设计并制备了以SPFGraphene作为电子受体,具有体相异质结结构的有机太阳能电池,其在空气条件下的光电转化效率可达1.4%(图5).

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Dai等通过将石墨烯接枝到聚(3-己基噻吩)(P3HT),石墨烯和P3HT的相互作用可以使该复合物很好地作为太阳能电池电极的活性层,由于石墨烯的加入,降低了P3HT的能隙,并使电子的离域程度增加,与P3HT/C60相比,该双层异质结G-P3HT/C60作为电极材料是其短路电流和开路电压增加了近200倍(图

6).

图5基于功能化石墨烯的有机太阳能电池[101]Fig.5Organicsolarcellbosedonfunctional

graphene

图6ITO/PEDOT:PSS/G-P3HT/C60/Al太阳能电池的结构示意图(a)、能级示意图(b)和

以P3HT/C60或G-P3HT/C60作为活性层时电池的电流-电压曲线[103]

Fig.6Schematic(a)andenergyleveldiagram(b)ofaITO/PEDOT:PSS/G-P3HT/C60/Alphotovoltaicdeviceand

current-voltagecurves(c)ofthephotovoltaicdevicesusingP3HT/C60orG-P3HT/C60astheactivelayer.

第2期 敏世雄等:新型二维碳材料)))石墨烯在光催化分解水制氢中的研究进展173

与此同时,人们将石墨烯及其衍生物和无机半导体材料(TiO2、ZnO、CdS、CdS和ZnS等)复合制作柔性、透明的导电薄膜,并将其用作染料敏化太阳能电池和无机-有机杂化太阳能电池的光阳极材料.

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Yin等将ZnO纳米棒通过电化学沉积的方法负载到还原石墨烯氧化物的表面,并将其直接作为电极组装无机-有机杂化太阳能电池的电极材料,代替了传统的导电基底ITO和FTO,获得了0.

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31%的光电转化效率.Yang等将石墨烯引入到染料敏化太阳能电池的电极材料中,由于二维石墨烯的桥连作用和优异的电子传输性能,其可以作为

电子受体和电子传递的/导线0提高纳米晶TiO2中

光生电子的传输速度,降低载流子的复合几率,从而提高了太阳能电池的光电转化效率.与纯TiO2电极和CNT/TiO2作为电极相比,在不影响开路电压的情况下,电池的短路电流密度和光电转化效率分别提高了45%和39%.Kim等

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通过光催化还原

TiO2/氧化石墨烯制备了TiO2/石墨烯复合材料,并将其作为染料敏化太阳能电池中FTO与TiO2的界面层.在电池中,该界面层的存在不仅防止了电解质溶液中I与FTO的直接接触,而且抑制了电子的逆向迁移,提高了光电转化的效率(图

7).

3-

图7应用TiO2/石墨烯复合材料作为界面层降低电子逆向迁移示意图Fig.7Schematicrepresentationandmechanismofappliedgraphene-TiO2interfacial

layertopreventback-transportreactionofelectrons

Geng等以化学转化的石墨烯和CdSe量子

点的配体置换和利用P-P相互作用,解决了两者在水溶液中共溶以及相互作用增强等问题,使化学转化的石墨烯与CdSe量子点通过吡啶结合在一起,成功地制备具有光电转化性能的透明导电薄膜.光电导实验证实了当用可见光照射时,激发的电子从CdSe到石墨烯的迁移.通过增加CdSe量子点的浓度,复合体系暗电导逐渐降低,光敏性能逐渐增强.由于石墨烯的引入,复合体系薄膜的光电导率与纯量子点体系的薄膜相比,增加了十个数量级以上.该项研究对改善 …… 此处隐藏：3326字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……