石墨烯的燃烧合成及其复合材料光电性能研究

石墨烯具有单层或有限层结构及大的π-π共轭体系，因而具有优异的电子传输性能、透光能力以及较大的比表面积等特性，在光电功能材料方面具有很好的应用前景。较大规模高质量石墨烯的合成以及石墨烯的功能化研究还处在探索阶段。芳香烃燃烧合成法已经成功用于富勒烯、碳纳米管、平面分子及石墨化碳等sp2杂化类型碳材料的合成，课题组成员曾利用这种方法开展富勒烯的研究，在石墨烯合成方面做了可行的探索。本项目拟通过燃烧法，调控高温下含碳活性物种的组装合成石墨烯。将所合成石墨烯引入微米、亚微米分级结构多孔二氧化钛中，用作染料敏化光伏电池阳极材料，改善电荷在阳极膜上的传输速度，减少电子复合几率.另外，将石墨烯或石墨烯-Pt复合材料用作对电极材料，探讨石墨烯在低成本、高催化性、电导性及稳定性对电极方面的应用性能。通过新型石墨烯基电极材料，改善电池光捕获，电荷传输及界面催化能力，提高电池光伏效率。

本项目通过燃烧法与化学法合成石墨烯，并以石墨烯为基质衍生出一系列掺杂、复合材料，主要研究了这类材料在染料/量子点敏化光伏器件方面的应用性能。首先，研究了石墨烯基复合材料在染料/量子点敏化光伏器件光阳极材料方面的应用性能，石墨烯的引入能明显提高复合光阳极材料的比表面积、染料吸附量和光捕获效率，同时能有效提高光电子迁移率、减少光生电荷复合。在对电极方面，合成了一系列石墨烯基低Pt及非Pt对电极材料，石墨烯的引入能有效调控活性纳米材料的粒径，提高界面催化活性、降低内电路阻抗。制备的N掺杂石墨烯材料具有丰富的褶皱、高比表面积、大量的活性位点及良好的表面润湿性，作为对电极能提供高电化学活化面积，从而提升交换电流密度和扩散电流密度。同时，合成了一系列异质元素掺杂石墨烯、石墨烯量子点以及生物质碳材料，研究了这类材料在超级电容器方面的应用性能，所制备的石墨烯基材料以及碳材料具有高比表面积、多级孔结构、高双电层电容，其表面异质元素同时能提供较高赝电容，因而能全方位提高了器件的比容、倍率和循环性能。