碳納米材料發光調控及其在螢光太陽能聚集器上的套用

《碳納米材料發光調控及其在螢光太陽能聚集器上的套用》是依託南京師範大學，由甘志星擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：碳納米材料發光調控及其在螢光太陽能聚集器上的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：甘志星
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

降低太陽能的使用成本一直以來都是基礎科學研究的熱門方向。對太陽光進行聚集是提高太陽能利用效率的一個重要途徑，因此開發高效螢光太陽能聚集器具有重要意義。本項目擬構建稀土金屬離子耦合或有機官能化的碳納米材料（石墨烯量子點、碳納米點），通過金屬離子或有機官能團與碳團簇之間的能量共振轉移來調控碳納米材料的發光。使其波長650納米的長波長發光得到增強，相應地，更多地吸收和利用可見光。在此基礎上，以碳納米材料來替代傳統發光材料，開發新一代螢光太陽能聚集器。並且對螢光太陽能聚集器的結構進行全新的設計，引入一維光子晶體結構，減少光子在上表面的逸出，以獲得更高的光聚集效率。由於碳納米材料具備許多優點，例如發光量子效率高，可以通過多種簡單、廉價的方法大規模製備，且製備過程無毒、無害，該研究有望推動新一代高效螢光太陽能聚集器的設計與開發。

結題摘要

發光碳納米材料，包括石墨烯量子點、氧化石墨烯衍生物和碳納米顆粒等，在生物感測、生物成像、光照、顯示、太陽能吸收與轉換等領域有著廣泛的套用，一直以來都受到研究界的極大關注。然而，發光機制仍不清楚，存在激烈爭論；對發光的調控以及在太陽能吸收與轉換，特別是螢光太陽能聚集器方面的套用也比較欠缺。根據項目計畫書提出的研究內容，本項目圍繞碳納米材料的發光機制、發光調控、太陽能吸收與轉換三個主題詞開展研究。深入研究了碳顆粒、石墨烯量子點中光子重吸收相關的問題，拓寬了發光調控的手段，在碳顆粒溶液和固態碳顆粒膜中均實現了發光波長調控。探討了碳納米球的紫外發光的機制以及利用金納米結構的電漿共振實現了發光的增強。設計並製備了一系列的寬譜吸收光熱材料，實現了高效太陽能水蒸發和太陽能發電。在器件方面，利用波長可調諧的一維光子晶體層提高了量子點發光二極體性能，設計並製備了一系列的高性能螢光太陽能聚集器。在此基礎上還探索研究了其它半導體納米材料的發光相關的性質和套用，為下一個研究項目做了鋪墊。