Синтез и электрохимические характеристики α

Том 12 научных докладов, номер статьи: 17009 (2022 г.) Цитировать эту статью

Доступы 1924 г.

5 цитат

Подробности о метриках

Целью данного исследования является описание эффективности наночастиц оксида алюминия и наночастиц металлоалюминатной шпинели в качестве фотоанодов в фотоэлектрических квантовых точках. Методом золь-гель автосжигания успешно синтезированы НЧ Al2O3, CoAl2O4, CuAl2O4, NiAl2O4 и ZnAl2O4. Образование НЧ Al2O3 и нанокомпозита MAl2O4 (M=Co, Cu, Ni, Zn) было подтверждено с использованием нескольких характеристик, таких как спектры XRD, UV-Vis, FTIR, FE-SEM и EDX. РФА показывает, что CoAl2O4 имеет меньший размер кристаллитов (12,37 нм), чем CuAl2O4, NiAl2O4 и ZnAl2O4. Формирование однофазной шпинельной структуры прокаленных при 1100 °С образцов было подтверждено методом FTIR. Наши исследования показали, что НЧ чистого Al2O3 имеют меньшую энергетическую щель (1,37 эВ), чем синтезированные MAl2O4 при УФ-Вид облучении. Благодаря хорошему разделению между светогенерирующими электронами и образовавшимися дырками ячейка, содержащая нанокомпозит ZnAl2O4 с КТ CdS, имеет наибольший КПД 8,22% и плотность тока 22,86 мА см-2, тогда как ячейка на основе NiAl2O4 в качестве Фотоэлектрод, шесть циклов КТ CdS/ZnS и P-rGO в качестве противоэлектрода позволили достичь наилучшего (PCE) коэффициента преобразования энергии 15,14% и плотности тока 28,22 мА см-2. Электрохимическая импедансная спектроскопия показывает, что нанокомпозиты ZnAl2O4 и NiAl2O4 имеют самое высокое время жизни фотогенерированных электронов (τn), равное 11*10-2 и 96*10-3 мс соответственно, и самые низкие скорости диффузии (Keff) 9,09 и 10,42 мс. −1 соответственно.

Альфа-оксид алюминия и металлоалюминатная шпинель с формулой M-Al2O4, где M представляет ион двухвалентного металла, привлекли большое внимание в ряде областей применения из-за их термической стабильности, высокой химической и механической стойкости, высоких квантовых выходов с гидрофобными свойствами, высоких площадь поверхности и слабокислая поверхность1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Они широко используются в качестве пигментов, датчиков, фотокатализаторов, магнитных, тугоплавких, оптических электродов и материалов, включающих смазочные добавки11,12,13,14,15. Известно, что метод синтеза может влиять на кристалличность, чистоту, площадь поверхности, морфологию и размер частиц наносинтезированных материалов MAl2O4, что оказывает существенное влияние на их каталитические и оптические свойства16,17,18. MAl2O4 можно использовать с различными методами, включая сольвотермический метод, синтез соосаждения, золь-гель метод, твердотельные реакции, гидротермальный метод, микроволновый синтез, синтез полимерных предшественников и гидротермальный метод16,17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30. Любой метод требует специального приспособления и имеет приличную стоимость, в то время как дополнительные недостатки включают недостаточную однородность и низкую площадь поверхности продукта5,6,7,8,9,10,16,17,18,31,32,33. Генерация однородных наночастиц высокой чистоты была продемонстрирована с помощью метода золь-гель автосжигания с быстрым нагревом и коротким временем реакции11,12,34. Метод золь-гель автовозгорания сочетает в себе химические золь-гель и процессы горения, представляя собой быстрый, достижимый метод с низкими энергетическими затратами и идеально подходит для синтеза материалов на основе оксидов металлов. В качестве топлива можно использовать несколько органических соединений, но они были искусственно прикреплены к лимонной кислоте, мочевине, глицину и винной кислоте7,12. Графен — интересный материал с новым двумерным скелетом, состоящим из одного мономолекулярного слоя sp2-гибридизированных атомов углерода1,4. Графен обладает превосходными свойствами во многих областях техники и науки благодаря своим уникальным свойствам5,6, включая превосходные электронные6,7,8, механические и термодинамические свойства9,10. Графен имеет широкую область применения, например, в полевых транзисторах (FET), прозрачных проводящих пленках, устройствах накопления энергии, очистке воды и датчиках, благодаря своим элегантным физическим и химическим свойствам16,17,18,31,32. P-rGO — это углеродный материал, который имеет оптические, химические и электрические характеристики, аналогичные характеристикам графена, поскольку основан на его каркасе35. В 1958 году Хаммерс и Оффман разработали метод синтеза P-rGO36,37,38,39,40,41. В этом методе для очистки графита используется H2SO4, а в качестве окислителей графита используются NaNO3 и KMnO4. Метод Хаммера имеет некоторые особенности по сравнению с методом Броди и Штауденмайера. Во-первых, KMnO4 является сильным окислителем, который ускоряет реакцию, поэтому синтез можно завершить за несколько часов. Во-вторых, хлорат недоступен, что исключает вероятность выброса ClO2. В-третьих, замена фумигации NaNO3 устраняет кислотную дымку, создаваемую HNO315. Насколько нам известно, не проводилось исследований, сравнивающих влияние алюминатов шпинели NiAl2O4, CuAl2O4 и ZnAl2O4, полученных одним и тем же синтетическим методом, на характеристики QDSSC. Солнечные элементы, сенсибилизированные квантовыми точками (QDSSC), в последние годы привлекли массовое внимание благодаря простоте их изготовления, низкой стоимости, регулируемой запрещенной зоне и высокому теоретически упомянутому КПД преобразования энергии (PCE) до 44%42. Фотоэлектрохимические характеристики QDSSC ведут себя так же, как и солнечные элементы, сенсибилизированные красителем (DSSC), в которых солнечный элемент сенсибилизируется КТ, а не молекулами красителя в качестве светопоглощающего слоя в QDSSC43. QDSSC обычно состоит из сенсибилизированной квантовыми точками фотоанодной пленки, электролита, содержащего окислительно-восстановительную пару (т.е. S2/Sx2), и противоэлектрода (CE) (т.е. Pt и Cu2S)42,43,44. Однако, несмотря на эти качества, производительность фотоэлектрических элементов большинства QDSSC намного ниже, чем у DSSC. На сегодняшний день большая часть исследовательской работы сосредоточена на совершенствовании всех элементов QDSSC. Поскольку одной из основных причин низкой эффективности являются интерфейсы противоэлектродов, особые исследовательские усилия были сосредоточены на расширении конгруэнтных CE для достижения одновременно высокой эффективности и стабильности ячеек.