光伏聚合物功能化石墨烯的结构调控及光电性能研究

石墨烯性能优异、成本低廉、可加工性好，在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有广阔的应用前景。但是，石墨烯电子能谱中能隙过小，使它在纳米电子学中的应用受到限制。因此，如何打开和增大石墨烯的能隙是目前亟待解决的问题。本项目利用π-π共轭机理，设计制备光伏聚合物功能化的石墨烯。先采用化学分散法制备石墨烯，然后通过溶液法或熔融法将光伏聚合物均匀分散在石墨烯中，获得功能化石墨烯。系统研究光伏聚合物种类、石墨烯结构、复合工艺对功能化石墨烯的组成和结构形态的影响规律，获得功能化石墨烯的结构调控方法。深入研究功能化石墨烯的组成结构、表面状态与其光电性能的内在关系，揭示光电性能产生机制，构建光电性能优异的功能化石墨烯关键结构模型。本项目的研究处于学科前沿，其研究成果对于提高我国光电转化材料的基础研究水平，发展一类新型太阳能材料，推动我国化学化工、材料、物理、能源和电子等学科发展具有重要意义。

石墨烯性能优异、成本低廉、可加工性好，在电子、信息、能源、材料和生物医药等领域具有广阔的应用前景。但是，石墨烯的电子能谱中能隙过小，使它在纳米电子学中的应用受到限制。因此，如何打开和增大石墨烯的能隙是目前亟待解决的问题。本项目利用π-π共轭机理，设计制备光伏聚合物功能化石墨烯。先采用化学分散法制备石墨烯，然后通过溶液法或熔融法将光伏聚合物均匀分散在石墨烯中，获得功能化石墨烯。系统研究光伏聚合物种类、石墨烯结构、复合工艺对功能化石墨烯的组成和结构形态的影响规律，获得功能化石墨烯的结构调控方法。深入研究功能化石墨烯的组成结构、表面状态与其光电性能的内在关系，揭示光电性能产生机制，构建光电性能优异的功能化石墨烯关键结构模型。.(1) 将石墨烯用甲基蓝修饰得到水溶性石墨烯MB-rGO，对其结构形貌、水溶性、稳定性和电导性进行了研究。发现MB-rGO是一种类似石墨的层状纳米结构；其在水中的溶解度最高可达1.5 mg/mL，并且可以保持3个月以上不沉淀；MB-rGO经干燥压片后的电导率最高可达2.0 S•m-1。.(2) 将MV-RGO与TiO2混合，再旋涂在DSSC阳电极的IFO导电玻璃上，然后组装电池，并表征其结构性能。结果表明：在模拟太阳光源下，添加40 μl (1 mg•ml-1) MV-RGO (处理时间100 min) 的DSSC的性能最好，电池的Jsc为10.28 mA•cm-1，效率为3.33 % (比未添加MV-RGO的电池效率高46 %)；未添加MV-RGO的电池的内阻为27 Ω，而添加了40 μl MV-RGO (1 mg•ml-1) 的电池内阻为28 Ω，表明电子的迁移速率并未加快；添加MV-RGO，阳电极吸附染料量增加，使得DSSC的激发电子数量增多，电池的Jsc增大，效率增加。.(3) 研究将不同微波处理时间所得到的MV-RGO旋涂在DSSC对电极的ITO导电玻璃上，然后组装电池，并表征其结构性能。结果表明：随着微波处理时间的增加，MV-RGO 的还原程度逐渐升高；模拟太阳光源下，当添加微波处理时间为90 min的MV-RGO (1 mg•ml-1，40 μl) 时，电池的各项性能最好，Jsc达到2.75 mA•cm-1，FF为0.14，电池效率为0.174 %，比0 min处理空白组高出3倍。