西南石油大学毕业设计论文

本科毕业设计（论文）题目光固化石墨烯/聚吡咯复合膜对电极的制备学生姓名学号教学院系化学化工学院专业年级化学工程与工艺2009级指导教师职称副教授单位西南石油大学辅导教师职称单位完成日期2013年6月12日SouthwestPetroleumUniversityGraduationThesisUv-curablegraphene/polypyrroleCompositefilmelectrodepreparationGrade:2009Name:YangYinLongSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyInstructor:KeQiang摘要I摘要对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，改进对电极是提高其能量转换效率及降低成本的有效手段之一,本文利用乳液聚合法制备了石墨烯/聚吡咯复合电极材料，用SEM，FT-IR，EIS等分析手段对复合材料的结构进行表征，最后在环氧丙烯酸酯的包裹下制备了光固化复合膜作为对电极。结果表明石墨烯和聚吡咯均匀的聚合在一起，光固化后的复合材料在EIS测试中具有良好的导电性能，这可能得益于良好分散的石墨烯片层增大了电极材料的比表面积所致。关键词：石墨烯；聚吡咯；光固化；乳液聚合。AbstractIIAbstractcounterelectrodeisanimportantpartofthedyesensitizedsolarcells,theimprovementofelectrodeistoimprovetheenergyconversionefficiency,andoneoftheeffectivemeanstoreducecosts,thepaperwaspreparedbyemulsionpolymerizationmethodofgraphene/polypyrrolecompositeelectrodematerials,SEM,FT-IR,theEISanalysismeanssuchasthestructureofthecompositeswerecharacterized,thelastundertheparcelofepoxyacrylatelightcuringcompositemembranewaspreparedasthecounterelectrode.ResultsshowedthatgrapheneandpolypyrroletogetherevenlyandlightcuredcompositematerialswithgoodelectricconductivityintheEIStests,thismaybenefitfromthegooddispersionofgraphenelayerscausedbyincreasingthespecificsurfaceareaoftheelectrodematerials.Keywords:graphene;Polypyrrole;Lightcuring;Emulsionpolymerization.目录i目录摘要...............................................................IAbstract..........................................................II第1章绪论........................................................11.1论文的研究背景...............................................11.2本课题设计的意义.............................................11.3国内外研究现状...............................................31.4石墨烯简介...................................................51.5石墨烯的合成方法.............................................61.5.1微机械剥离法.............................................61.5.2SiC热解外延生长法.......................................61.5.3化学法...................................................71.6聚吡咯简介...................................................71.7论文的研究方案...............................................8第2章石墨烯/聚吡咯复合材料的制备及光固化复合材料.................92.1引言.........................................................92.2实验部分.....................................................92.2.1实验原料及仪器...........................................92.2.2氧化石墨烯的制备........................................112.2.3氧化石墨烯的还原........................................122.2.4石墨烯/聚吡咯复合材料的制备.............................122.2.5环氧丙烯酸酯的制备......................................122.2.6光固化石墨烯/聚吡咯复合材料.............................13第3章结果与讨论.................................................143.1氧化石墨烯和石墨烯的形貌表征................................143.2石墨烯/聚吡咯复合材料的形貌.................................153.3复合材料电化学性能测试......................................15第4章结论.......................................................22致谢..............................................................23参考文献..........................................................24光固化石墨烯/聚吡咯复合膜对电极的制备1第1章绪论1.1论文的研究背景煤、石油、天然气等常规能源已经无法负担人类的庞大需求不久的将来出现的常规能源危机是目前人类必须面对的残酷事实，因此为了实现人类社会可持续的发展及人与自然的和谐发展，我们必须积极寻找发展合乎经济效益的新型能源。其中太阳能是常规矿物能源的主要的替代能源之一，更好的利用太阳能是人们解决能源问题及其明智的方式，它具有理想的开发和利用前景。经过统计得知，每年太阳能够向地球输送高达3×1024焦耳的能量，其能量是及其巨大的，然而，地球上我们人类进行生活，工作等所有的活动，一年所需的能源总量只需大约4.363×1020焦耳，换而言之，只需从太阳向地球输送的能量中收集其中的0.01%到0.02%加以利用就足够满足我们人类的需求[1]。目前，消耗常规能源引起的环境问题也日益突出，而太阳能被誉为最为清洁的能源，不会危害人和自然，并且利用太阳能不受任何地域限制，随处可取。电能的优点是输送方便，毫无疑问它是目前最被广泛应用的能源，而太阳能电池的目的就是将太阳能转换为电能。现今，世界各国对发展太阳能项目都给予了极高的关注，目前太阳能电池行业发展迅速，以硅半导体为主的太阳能电池已全面量产和应用，这也表明人们对清洁能源的喜爱，当然这也表明太阳能电池拥有十分理想的前景。1.2本课题设计的意义煤、石油、天然气等常规能源已经无法负担人类的庞大需求，不久的将来出现的常规能源危机是目前人类必须面对的残酷事实，因此为了实现人类社会可持续的发展及人与自然的和谐发展，我们必须积极寻找发展合乎经济效益的新型能源。其中太阳能是常规矿物能源的主要的替代能源之一，更好的利用太阳能是人们解决能源问题及其明智的方式，它具有理想的开发和利用前景。经过统计得知，每年太阳能够向地球输送高达3×1024焦耳的能量，其能量是及其巨大的，然而，西南石油大学本科毕业论文（设计）2地球上我们人类进行生活，工作等所有的活动，一年所需的能源总量只需大约4.363×1020焦耳，换而言之，只需从太阳向地球输送的能量中收集其中的0.01%到0.02%加以利用就足够满足我们人类的需求[1]。目前，消耗常规能源引起的环境问题也日益突出，而太阳能被誉为最为清洁的能源，不会危害人和自然，并且利用太阳能不受任何地域限制，随处可取。电能的优点是输送方便，毫无疑问它是目前最被广泛应用的能源，而太阳能电池的目的就是将太阳能转换为电能。现今，世界各国对发展太阳能项目都给予了极高的关注，目前太阳能电池行业发展迅速，以硅半导体为主的太阳能电池已全面量产和应用，这也表明人们对清洁能源的喜爱，当然这也表明太阳能电池拥有十分理想的前景。太阳能作为新能源，具有其它新能源一样的清洁、取之不尽用之不竭等特点，也具有其它新能源所没有的特点即资源分布非常广泛应用范围也非常广，不仅可以被应用于航空航天事业，而且也可应用在我们普通百姓家的日常琐事上。正应为具有这些独特的优点对太阳能电池的开发一直以来受到世界各国的高度重视。太阳能电池按电池产生发展的时间，大致可以分为第一代、第二代和第三代太阳能光伏电池。第一代太阳能电池是硅太阳能电池，它又可以被分为单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池；第二代太阳能电池为基于薄膜技术的非晶硅、多晶硅薄膜太阳能电池；染料敏化太阳能电池（Dye-sensitizedsolarcell简称DSSC）、超晶格电池、热载流子电池(HotCarrierCells)、新型热光伏电池（NewThermalPhotovoltaicCells）和叠层电池(Layer-BuiltCells)等被称为第三代太阳能电池。按所用材料的不同可分为：（1）硅太阳能电池；（2）多元化合物太阳能电池,该电池是以无机多元化合物（砷化镓III-V族、硫化镉、铜铟硒等）为材料制备的电池；（3）纳米晶太阳能电池。目前占据着光伏市场最主要的份额的是第一代晶硅太阳能电池，它的主要优点是光电转换效率高，商用化的电池效率已达到16～18%，其中采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装的单晶硅太阳能电池，因此其坚固耐用成为该电池十分明显地优势，其使用寿命一般可达15年，最高可达25年，但这种电池的缺点是工艺较复杂且生产成本高，因此也使得在地面上大规模使用太阳能被限制了。无机多元化合物太阳能电池中的硫化镉和碲化镉太阳能电池尽管相比与非晶硅薄膜太阳能电池效率高，相比与单晶硅电池成本较低，并且易于大规模商业化生产，但它具有极其严重的问题是镉有剧毒，会对环境造成极其严重的危害，并且由于CIS用的铟和硒等一些材料都是比较稀有的元素，因此这类电池又必然受到限制。对我们人类社会而言，染料敏化薄膜太阳能光固化石墨烯/聚吡咯复合膜对电极的制备3电池(DSSC)研究的成功是人类利用太阳能的一个重要进展,其原理是模拟了自然界中光合作用的原理，将太阳能转化为电能。近几十年来，我们可