MNbO4/生物质碳复合催化剂的制备和催化性能研究*

王 曦，张永伟，司艺铭，王银号，云斯宁

(西安建筑科技大学 材料科学与工程学院， 西安 710055)

0 引 言

传统的Pt对电极在Cu2+/Cu+电解液系统中不匹配，使得电池未能获得较高的PCE，因此开发高活性并且能够与Cu2+/Cu+氧化还原电对匹配的对电极材料对进一步提高DSSC的性能意义重大。在Cu2+/Cu+氧化还原电对体系中针对CE的现有研究是以聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)为主[11]。而双金属氧化物与碳的复合催化剂由于整合了碳材料优异的导电性能以及双金属氧化物高的催化性能，在传统的DSSC表现出优异的光伏性能[12-14]。然而，双金属氧化物与碳的复合催化剂在非碘体系的新型DSSC中尚未报道。

本研究采用共沉淀法成功制备了两种铌基双金属氧化物(MNbO4, M=Al, Fe)以及其与芦荟皮废弃物衍生多孔生物质碳(Biomass-derived carbon, BC)复合材料(MNbO4/BC, M=Al, Fe)，并创新性地将制备的材料作为对电极催化剂应用于D35、Cu2+/Cu+体系的DSSC中。通过电化学测试和光伏测试对催化剂的催化性能进行了探究。其中AlNbO4/BC组装的DSSC表现出了更优异的性能。这项工作对非碘体系染料太阳能电池对电极催化剂的设计具有重大意义。

1 实 验

1.1 催化剂的制备

1.1.1 实验试剂

氯化铌(NbCl5，99.9%)由Alfa试剂有限公司提供；九水合硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O，99.99%)、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·6H2O，99.99%)、氨水(NH3·H2O，99.99%)由Aladdin试剂有限公司提供；氢氧化钾(KOH，90%)由上海麦克林生化科技有限公司提供。本工作中使用的生物质衍生碳的原材料为芦荟皮废弃物，原料取自陕西省杨凌农业高新技术产业示范区的一家芦荟饮料厂。

1.1.2 AlNbO4、FeNbO4和BC的制备

本研究采用共沉淀法制备MNbO4(M=Al、Fe)，具体实验步骤(图1a)如下：