聚合溶液pH值对染料敏化太阳电池中聚吡咯对电极结构和性能的影响

苏佳 芦姗 王莎莎 张雪华 付玉彬 贺涛

引用本文: 苏佳, 芦姗, 王莎莎, 张雪华, 付玉彬, 贺涛. 聚合溶液pH值对染料敏化太阳电池中聚吡咯对电极结构和性能的影响[J]. 物理化学学报, 2014, 30(8): 1487-1494. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405272 shu
Citation:  SU Jia, LU Shan, WANG Sha-Sha, ZHANG Xue-Hua, FU Yu-Bin, HE Tao. Influence of pH Values on the Structure and Performance of a Polypyrrole Counter Electrode for Dye-Sensitized Solar Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(8): 1487-1494. doi: 10.3866/PKU.WHXB201405272 shu

聚合溶液pH值对染料敏化太阳电池中聚吡咯对电极结构和性能的影响

  • 基金项目:

    科技部(2010DFB63530) 

    国家自然科学基金(51043010,21203039) 

    中国科学院项目百人资助项目 

摘要:

电化学合成聚吡咯(PPy)时,聚合电解液的pH 值对PPy 薄膜的形貌和性质有较大的影响,进而影响PPy薄膜对I-/I3-的电催化活性以及基于PPy对电极(CE)的染料敏化太阳电池(DSSCs)的光电转换性能. 本文采用电化学恒电位方法,在掺杂氟的SnO2(FTO)导电玻璃上合成出了对甲苯磺酸根离子掺杂的聚吡咯(PPy-TsO)电极,并将其作为DSSCs 的对电极. 通过改变吡咯聚合时聚合电解液的pH值,借助扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、X-射线光电子能谱(XPS)和循环伏安(CV)等表征技术,详细探讨了聚合溶液pH值对PPy CE形貌、结构及其对I-/I3-的电催化性能的影响. 研究发现在pH 2.0下合成的聚吡咯对阴离子掺杂率最高且链共轭性最佳,具有对I-/I3-氧化还原介质最强的催化能力,基于此PPy CE的电池光电转化效率也最高.pH 值太大或太小都不利于生成具有高掺杂率和高催化活性的PPy电极,组装成DSSCs后的光电转换效率也较低.

English

    1. [1]

      (1) Regan, B. O.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

      (1) Regan, B. O.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

    2. [2]

      (2) Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 3. doi: 10.1016/j.jphotochem.2004.02.023(2) Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 3. doi: 10.1016/j.jphotochem.2004.02.023

    3. [3]

      (3) Papageorgiou, N. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1421. doi: 10.1016/j.ccr.2004.03.028(3) Papageorgiou, N. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1421. doi: 10.1016/j.ccr.2004.03.028

    4. [4]

      (4) Murakami, T. N.; Grätzel, M. Inorg. Chim. Acta 2008, 361, 572. doi: 10.1016/j.ica.2007.09.025(4) Murakami, T. N.; Grätzel, M. Inorg. Chim. Acta 2008, 361, 572. doi: 10.1016/j.ica.2007.09.025

    5. [5]

      (5) Olsen, E.; Hagen, G.; Lindquist, S. E. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000, 63, 267. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00033-7(5) Olsen, E.; Hagen, G.; Lindquist, S. E. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000, 63, 267. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00033-7

    6. [6]

      (6) Kay, A.; Grätzel, M. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1996, 44, 99. doi: 10.1016/0927-0248(96)00063-3(6) Kay, A.; Grätzel, M. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1996, 44, 99. doi: 10.1016/0927-0248(96)00063-3

    7. [7]

      (7) Hao, F.; Dong, P.; Zhang, J.; Zhang, Y. C.; Loya, P. E.; Hauge, R. H.; Li, J. B.; Lou, J.; Lin, H. Sci. Rep. 2012, 2, 368.(7) Hao, F.; Dong, P.; Zhang, J.; Zhang, Y. C.; Loya, P. E.; Hauge, R. H.; Li, J. B.; Lou, J.; Lin, H. Sci. Rep. 2012, 2, 368.

    8. [8]

      (8) ng, F.; Li, Z. Q.;Wang, H.;Wang, Z. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17321. doi: 10.1039/c2jm33483f(8) ng, F.; Li, Z. Q.;Wang, H.;Wang, Z. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 17321. doi: 10.1039/c2jm33483f

    9. [9]

      (9) Wu, M. X.; Lin, X.;Wang, Y. D.;Wang, L.; Guo,W.; Qi, D. D.; Peng, X. J.; Hagfeldt, A.; Grätzel, M.; Ma, T. L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3419. doi: 10.1021/ja209657v(9) Wu, M. X.; Lin, X.;Wang, Y. D.;Wang, L.; Guo,W.; Qi, D. D.; Peng, X. J.; Hagfeldt, A.; Grätzel, M.; Ma, T. L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3419. doi: 10.1021/ja209657v

    10. [10]

      (10) ng, F.;Wang, H.; Xu, X.; Zhou, G.;Wang, Z. S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10953. doi: 10.1021/ja303034w(10) ng, F.;Wang, H.; Xu, X.; Zhou, G.;Wang, Z. S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10953. doi: 10.1021/ja303034w

    11. [11]

      (11) Jiang, Q.W.; Li, G. R.; Gao, X. P. Chem. Commun. 2009, 45, 6720.(11) Jiang, Q.W.; Li, G. R.; Gao, X. P. Chem. Commun. 2009, 45, 6720.

    12. [12]

      (12) Wu, J. H.; Li, Q. H.; Fan, L. Q.; Lan, Z.; Li, P. J.; Lin, J. M.; Hao, S. C. J. Power Sources 2008, 181, 172. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.03.029(12) Wu, J. H.; Li, Q. H.; Fan, L. Q.; Lan, Z.; Li, P. J.; Lin, J. M.; Hao, S. C. J. Power Sources 2008, 181, 172. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.03.029

    13. [13]

      (13) Tian, H. N.; Yu, Z.; Hagfeldt, A.; Kloo, L.; Sun, L. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 113, 9413.(13) Tian, H. N.; Yu, Z.; Hagfeldt, A.; Kloo, L.; Sun, L. C. J. Am. Chem. Soc. 2011, 113, 9413.

    14. [14]

      (14) Lee, K. M.; Chen, P. Y.; Hsu, C. Y.; Huang, J. H.; Ho,W. J.; Chen, H. C.; Ho, K. C. J. Power Sources 2009, 188, 313. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.11.075(14) Lee, K. M.; Chen, P. Y.; Hsu, C. Y.; Huang, J. H.; Ho,W. J.; Chen, H. C.; Ho, K. C. J. Power Sources 2009, 188, 313. doi: 10.1016/j.jpowsour.2008.11.075

    15. [15]

      (15) Wang, H.; Feng, Q. Y. ; ng, F.; Li, Y. ; Zhou, G.;Wang, Z. S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 97. doi: 10.1039/c2ta00705c(15) Wang, H.; Feng, Q. Y. ; ng, F.; Li, Y. ; Zhou, G.;Wang, Z. S. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 97. doi: 10.1039/c2ta00705c

    16. [16]

      (16) Xia, J. B.; Chen, L.; Yanagida, S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 4644. doi: 10.1039/c0jm04116e(16) Xia, J. B.; Chen, L.; Yanagida, S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 4644. doi: 10.1039/c0jm04116e

    17. [17]

      (17) Tai, Q. D.; Chen, B.; Guo, F.; Xu, S.; Hu, H.; Sebo, B.; Zhao, X. Z. ACS Nano 2011, 5, 3795. doi: 10.1021/nn200133g(17) Tai, Q. D.; Chen, B.; Guo, F.; Xu, S.; Hu, H.; Sebo, B.; Zhao, X. Z. ACS Nano 2011, 5, 3795. doi: 10.1021/nn200133g

    18. [18]

      (18) Wang, S. S.; Lu, S.; Li, X. M.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T. J. Power Sources 2013, 242, 438. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.05.060(18) Wang, S. S.; Lu, S.; Li, X. M.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T. J. Power Sources 2013, 242, 438. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.05.060

    19. [19]

      (19) Zhang, X. H.;Wang, S. S.; Lu, S.; Su, J.; He, T. J. Power Sources 2014, 246, 491. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.07.098(19) Zhang, X. H.;Wang, S. S.; Lu, S.; Su, J.; He, T. J. Power Sources 2014, 246, 491. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.07.098

    20. [20]

      (20) Wang, S. S.; Lu, S.; Su, J.; Guo, Z. K.; Li, X. M.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 516. [王莎莎, 芦姗, 郭正凯, 李学敏, 张雪华, 何声太, 贺涛. 物理化学学报, 2013, 29, 516.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201301092(20) Wang, S. S.; Lu, S.; Su, J.; Guo, Z. K.; Li, X. M.; Zhang, X. H.; He, S. T.; He, T. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 516. [王莎莎, 芦姗, 郭正凯, 李学敏, 张雪华, 何声太, 贺涛. 物理化学学报, 2013, 29, 516.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201301092

    21. [21]

      (21) Xiao, Y. M.; Lin, J. Y.;Wu, J. H.; Tai, S. Y.; Yue, G. T.; Lin, T. W. J. Power Sources 2013, 233, 320. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.116(21) Xiao, Y. M.; Lin, J. Y.;Wu, J. H.; Tai, S. Y.; Yue, G. T.; Lin, T. W. J. Power Sources 2013, 233, 320. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.01.116

    22. [22]

      (22) Sun. H. C.; Luo, Y. H.; Zhang, Y. D.; Li, D. M.; Yu, Z. X.; Li, K. X.; Meng, Q. B. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11673. doi: 10.1021/jp1030015(22) Sun. H. C.; Luo, Y. H.; Zhang, Y. D.; Li, D. M.; Yu, Z. X.; Li, K. X.; Meng, Q. B. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11673. doi: 10.1021/jp1030015

    23. [23]

      (23) Cai, B. H.; Cao, L.;Wang, Z. J. Chem. Tech. Market 2010, 33, 11. [蔡本慧, 曹雷, 王肇君. 化工科技市场, 2010, 33, 11.](23) Cai, B. H.; Cao, L.;Wang, Z. J. Chem. Tech. Market 2010, 33, 11. [蔡本慧, 曹雷, 王肇君. 化工科技市场, 2010, 33, 11.]

    24. [24]

      (24) Cosnier, S.; Karyakin, A. Electropolymerization Concepts, Materials and Applications;Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA:Weinheim, 2010.(24) Cosnier, S.; Karyakin, A. Electropolymerization Concepts, Materials and Applications;Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA:Weinheim, 2010.

    25. [25]

      (25) Makris, T.; Dracopoulos, V.; Stergiopoulos, T.; Lianos, P. Electrochim. Acta 2011, 56, 2004. doi: 10.1016/j.electacta.2010.11.076(25) Makris, T.; Dracopoulos, V.; Stergiopoulos, T.; Lianos, P. Electrochim. Acta 2011, 56, 2004. doi: 10.1016/j.electacta.2010.11.076

    26. [26]

      (26) Xia, J. B.; Chen, L.; Yanagida, S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 4644. doi: 10.1039/c0jm04116e(26) Xia, J. B.; Chen, L.; Yanagida, S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 4644. doi: 10.1039/c0jm04116e

    27. [27]

      (27) Chen, L. J.; Guo, C. X.; Zhang, Q. M.; Lei, Y. L.; Xie, J. L.; Ee, S. J.; Guai, G. H.; Song, Q. L.; Li, C. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2047. doi: 10.1021/am302938a(27) Chen, L. J.; Guo, C. X.; Zhang, Q. M.; Lei, Y. L.; Xie, J. L.; Ee, S. J.; Guai, G. H.; Song, Q. L.; Li, C. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 2047. doi: 10.1021/am302938a

    28. [28]

      (28) Diaz, F.; Kanazawa, K. K.; Gardini, G. P. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 635.(28) Diaz, F.; Kanazawa, K. K.; Gardini, G. P. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1979, 635.

    29. [29]

      (29) Qian, R. Y.; Qiu, J. J. Polymer J. 1987, 19, 157. doi: 10.1295/polymj.19.157(29) Qian, R. Y.; Qiu, J. J. Polymer J. 1987, 19, 157. doi: 10.1295/polymj.19.157

    30. [30]

      (30) Ouyang, J. Y.; Li, Y. F. Polymer 1997, 38, 1971. doi: 10.1016/S0032-3861(96)00749-5(30) Ouyang, J. Y.; Li, Y. F. Polymer 1997, 38, 1971. doi: 10.1016/S0032-3861(96)00749-5

    31. [31]

      (31) Sadki, S.; Schottland, P.; Brodie, N.; Sabouraud, G. Chem. Soc. Rev. 2000, 29, 283. doi: 10.1039/a807124a(31) Sadki, S.; Schottland, P.; Brodie, N.; Sabouraud, G. Chem. Soc. Rev. 2000, 29, 283. doi: 10.1039/a807124a

    32. [32]

      (32) Satoh, M.; Imanishi, K.; Yoshino, K. J. Electroanal. Chem. 1991, 317, 139. doi: 10.1016/0022-0728(91)85009-E(32) Satoh, M.; Imanishi, K.; Yoshino, K. J. Electroanal. Chem. 1991, 317, 139. doi: 10.1016/0022-0728(91)85009-E

    33. [33]

      (33) Otero, T. F.; Rodriguez, J. Electrochim. Acta 1994, 39, 245. doi: 10.1016/0013-4686(94)80060-X(33) Otero, T. F.; Rodriguez, J. Electrochim. Acta 1994, 39, 245. doi: 10.1016/0013-4686(94)80060-X

    34. [34]

      (34) Lei, J.; Cai, Z.; Martin, C. R. Synth. Met. 1992, 46, 5.(34) Lei, J.; Cai, Z.; Martin, C. R. Synth. Met. 1992, 46, 5.

    35. [35]

      (35) Bredas, J. L.; Street, G. B. Accounts Chem. Res. 1985, 18, 309. doi: 10.1021/ar00118a005(35) Bredas, J. L.; Street, G. B. Accounts Chem. Res. 1985, 18, 309. doi: 10.1021/ar00118a005

    36. [36]

      (36) West, K.; Bay, L.; Nielsen, M. M.; Velmurugu, Y.; Skaarup, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15001. doi: 10.1021/jp048153m(36) West, K.; Bay, L.; Nielsen, M. M.; Velmurugu, Y.; Skaarup, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15001. doi: 10.1021/jp048153m

    37. [37]

      (37) Saito, Y.; Kubo,W.; Kitamura, T.;Wada, Y.; Yanagida, S. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 153. doi: 10.1016/j.jphotochem.2003.11.017(37) Saito, Y.; Kubo,W.; Kitamura, T.;Wada, Y.; Yanagida, S. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 153. doi: 10.1016/j.jphotochem.2003.11.017

    38. [38]

      (38) Biallozor, S.; Kupniewska, A. Electrochem. Commun. 2000, 2, 480. doi: 10.1016/S1388-2481(00)00068-0(38) Biallozor, S.; Kupniewska, A. Electrochem. Commun. 2000, 2, 480. doi: 10.1016/S1388-2481(00)00068-0

    39. [39]

      (39) Shen, X. J.; Sun, B. Q.; Liu, D.; Lee, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19408. doi: 10.1021/ja205703c

      (39) Shen, X. J.; Sun, B. Q.; Liu, D.; Lee, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19408. doi: 10.1021/ja205703c

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  403
  • 文章访问数:  750
  • HTML全文浏览量:  14
文章相关
  • 发布日期:  2014-07-18
  • 收稿日期:  2014-04-17
  • 网络出版日期:  2014-05-27
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章