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安徽大学Guang Li课题组--多孔空心Cu7S4/CuS与氮掺杂氧化石墨烯相互连接和自组装的纳米复合材料的可控合成和光电性能

在这项工作中,通过简单的溶剂热方法成功设计并合成了新颖、相互连接和自组装的多孔空心Cu7S4/CuS和氮掺杂的还原氧化石墨烯(Cu7S4/CuS@nGO)。仅通过控制水热温度,已经研究了一种有效合成方法,可选择性地制造不同形态的Cu7S4/CuS。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)的图像表明了样品的结构和形态随温度的变化。考虑到具有多孔空心球形结构的Cu7S4/CuS(在210℃下合成)的有效形态,我们推测它应具有良好的光电性能,例如宽的UV-vis吸收光谱,并且应通过进一步处理来增强其性能,如将氮掺杂还原氧化石墨烯封装成胶囊。为了研究Cu7S4/CuS和Cu7S4/CuS@nGO纳米复合材料的光电性能,已将它们用作染料敏化太阳能电池(DSSC)中的对电极(CE)。结果表明,Cu7S4/CuS@nGO纳米复合材料不仅表现出最佳的光电性能,其功率转换效率为9.14%(远高于以Pt、Cu7S4/CuS和nGO为CE的器件),而且具有显著的电化学性能,稳定性也是如此。 

Figure 1. (a)Cu7S4的标准XRD图谱,(b)CuS的标准XRD图谱,c-f是分别在150 ℃,180 ℃,210 ℃和240 ℃下合成Cu7S4/CuS的相应XRD图谱。


 Figure 2. (a)和(b)Cu7S4/CuS样品的SEM图像;(c)Cu7S4/CuS样品的TEM图像;(d)Cu7S4/CuS@nGO样品的TEM图像。

 

Figure 3. Cu7S4/CuS@nGO复合材料的合成路线和形成过程示意图。

 

Figure 4. (a)在150 ℃,180 ℃,210 ℃和240 ℃下合成Cu7S4/CuS;(b)Pt、Cu7S4/CuS@nGO、Cu7S4/CuS和nGO;连续30个循环,(c)Cu7S4/CuS和(d)Cu7S4/CuS@nGO的CV曲线。

 

 

Figure 5. (a)基于电解质中Pt、Cu7S4/CuS@nGO、Cu7S4/CuS和nGO CEs的奈奎斯特图,(b)相应的塔菲尔曲线。

 

 

Figure 6. 用Pt、Cu7S4/CuS@nGO、Cu7S4/CuS和nGO CEs制备的DSSC的光电流-电压曲线。

         相关研究成果于2019年由安徽大学Guang Li课题组,发表在Electrochimica Acta(2019,307,64-75)上。原文:Controllable synthesis and photoelectric properties of interconnected and self-assembled nanocomposite of porous hollow Cu7S4/CuS and nitrogen-doped graphene oxide。

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