《新型石墨烯量子點的微結構設計及光電性能研究》是依託河南師範大學，由高志永擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型石墨烯量子點的微結構設計及光電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高志永
- 依託單位：河南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯量子點是含有較小sp2雜化體系的零維碳材料，具有可隨粒徑改變的能級結構、吸收光譜以及結構、表面相關的上、下轉換螢光性能，在光電轉換方面有很好的發展前景。充分利用石墨烯量子點吸光能力強及導電性好等優勢，開展其在量子點敏化納晶光伏電池方面的研究，具有重要科學意義。本項目擬採用電弧及燃燒等物理方法合成石墨烯量子點，通過提取分離，或輔以化學切割，調節其能級結構及光學性質；選用含羧基、磷酸基等基團的修飾劑對石墨烯量子點進行表面修飾，提高其與納晶半導體表面的作用力，同時調節其微結構及光學特點，改善光吸收性能，並作為敏化劑用於納晶光伏電池。通過研究量子點結構、表面特性與光學性質之間的構效關係，認知石墨烯量子點的敏化機理；通過提高石墨烯量子點在納晶表面的覆蓋度及光生電子向半導體的有效注入，提高納晶光伏電池的轉換效率及穩定性，為石墨烯量子點在納晶光伏電池方面的套用奠定基礎。
結題摘要
本項目採用不同碳源及不同方法合成了一系列螢光碳量子點，對其結構和螢光性質進行了系統表征分析，探討了其作為廉價、綠色量子點染料在敏化光伏器件方面的套用性能。這類螢光碳量子點展示出良好的螢光強度和穩定性，能用於生物組織的螢光染色及溶液pH感測等。將其吸附在敏化光伏器件的光陽極，能提供0.13%的光伏效率，與當前該領域報導的最高水平相當。但是這類碳量子點敏化光伏器件仍存在碳量子點覆蓋度低、沉積厚度不易控制以及與光陽極作用距離較大等問題，器件整體光伏性能仍需進一步提高。同時，我們採用半導體量子點構建了量子點敏化光伏器件，探討了量子點製備工藝以及敏化光陽極模結構、組成對光陽極相關界面的電荷傳輸動力學對器件整體光伏性能的影響。這些研究能對進一步最佳化碳量子點敏化光陽極結構及器件光伏器件性能提供有益指導。此外，充分利用石墨烯的較大比表面積和良好的導電性等優勢，合成了一系列石墨烯複合物光陽極和對電極。石墨烯-TiO2複合物光陽極能有效提高表面積及電荷傳輸動力學，減少光伏過程中的電荷泄漏，有效提升器件光電流及光伏效率。石墨烯複合物及碳質材料催化對電極能提供充分的表面催化活性位點及較高導電性，因而有效提高界面電化學活性，降低對電極相關界面阻抗從而明顯提升器件光伏性能及光伏穩定性。同時石墨烯基碳質材料還可用作高效電極材料，獲得優越的電化學儲能性能。在項目支持下，目前已在SCI源期刊發表研究論文29篇，會議論文2篇。在碳量子點及石墨烯相關材料光伏及電化學性能方面做了充分的研究積累，形成了穩定的研究方向。
