铜的硫化物对电极在量子点敏化太阳能电池中的应用

2019-11-19

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量子点敏化太阳能电池(Quantum dot sensitizedsolar cellsQDSSCs)是在染料敏化太阳能电池(Dye sensitized solar cellsDSSCs)基础上发展起来的。1982 年,Nozik 等人首次提出量子点作为敏化剂应用于太阳能电池。1998 年,Nozik 等人首次将 I n P Q D 敏化 T i O2光电极, 制成QDSSCsQD 作为光敏剂有以下优势:QD 种类繁多,成本低廉,制造工艺相对简单,具有良好的光学稳定性、较大的消光系数和固有偶极、量子尺寸效应以及多激子产生效应,QDSSCs 理论光电转化效率(photoelectric conversionefficiencyPCE)高达44%。目前,QDSSCs的研究还处在初步阶段,电池PCE 较低,最高PCE仅为12.23%,诸如器件结构设计、光生电子传输、电子-空穴对复合等问题还亟需解决。QDSSCs结构和DSSCs 相似,主要由QD 光敏剂、半导体薄膜、电解质和对电极组成。当前对于QDSSCs更多的研究关注在光阳极结构的优化和QD 的优化等两个方面,而关于电解质和对电极研究报道较少。对电极作为QDSSCs 必不可少的一部分,其主要作用是收集外电路的电子,同时催化电解质中的氧化态物质进行还原。当前,有多种材料被用于QDSSCs 对电极,如Pb Au,介孔碳,PbSNiSCoSSnSPbSeCu2-xSe,聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)Cu2ZnS3Cu2ZnSnS4TiCCu2S等。催化性能最好的对电极是铜的硫化物对电极,目前关于铜的硫化物对电极的综述报道较少,本文着重介绍了铜的硫化物对电极的分类、制备方法及优缺点,并就对电极的发展前景进行了展望。

1 QDSSCs 的结构和工作原理

QDSSCs 主要由导电玻璃、多孔半导体光阳极薄膜、QD 敏化材料、电解液(S2-/Sn2-)与对电极构成。图1 QDSSCs 的结构和原理图。

当入射光照射到光阳极薄膜时,附着在纳米晶半导体薄膜上的 QD 吸光后激发,从基态跃迁到激发态,处于较高能级的激发态量子点(QD*)不稳定,以非常快的速率将电子注入能级较低的相邻氧化物半导体薄膜的导带中。注入到半导体导带中的电子汇集在透明导电玻璃(TCO)表面上后流入到外电路,经由外电路迁移到对电极表面,形成光电流。导带中的电子与氧化态量子点复合,使氧化态量子点由氧化态转为基态,以便再次吸收光子;电解质通过扩散在对电极接受电子得以再生,至此整个电路完成一个电化学反应循环并形成一个电流回路,大致包含五个过程:

(a) QD 由基态跃迁至QD*

  QD + hν→ QD*            (1)

(b) 电子注入到氧化物半导体薄膜的导带中:

  QD* QD++e-                                (2)

(c) 注入到导带中的电子汇聚在TCO 表面,并经外电路传输至对电极:

  e-e-                                          (3)

(d) 处于氧化态的量子点被S2-还原,QD 再生:

  2(n-l)QD+ + nS2- 2(n-l)QD+ Sn2-            (4)

(e)Sn2-离子扩散到对电极得到电子后被还原,从而完成一个循环,得到了持续的光电流:

  Sn2-+2(n-l) e-nS2-                 (5)

2 铜的硫化物对电极

Cu S 的化合物由于Cu 空位的存在,拥有多种化学计量比,从富铜晶体到贫铜晶体,至少有五种物相能够在室温下稳定存在。所有的富铜相化合物CuxS(X=12)都是P 型半导体。其中Cu 的硫化物对电极主要有Cu2SCuSCu7S4 Cu1.8S 等。

2.1 Cu2S 对电极

Cu2S P 型半导体,禁带宽度约是1.2 eV。综合当前Cu2S 对电极的制备工艺看主要有四种不同的工艺路线:多硫电解质硫化法;低温湿化学法;预先合成Cu2S 浆料再镀膜法;连续离子层吸附反应法(SILAR)和离子交换法;金属硫族配合物热解法等。

(1) 多硫电解质硫化法

QDSSCs 中,电解质主要是通过与电子和空穴的氧化还原反应,构成整个电流回路,目前使用最为广泛且效果较好的电解质是氧化还原电对为S2-/Sn2-的多硫电解质。

Cu CuO 的物质浸入多硫电解质中,发生的反应如公式(6)(7)所示:

  2Cu + SCu2S              (6)

  2CuO+SCu2S + SO2             (7)

目前,制备Cu2S 对电极最常采用的方法是黄铜片腐蚀后的多硫电解质硫化法(对电极标记为Cu2S/brass)2009 年,Bisquert 等人首次报道了将Cu2S/brass 对电极应用于QDSSCs,之后金属硫化物对电极逐渐受到关注。以黄铜片为原料制备Cu2S 对电极时,需通过浓HCl 预处理除去黄铜片中的Zn,避免在硫化过程中形成Cu-Zn 原电池。

2013 年,Meng 等人以铜网为原料,制备了Cu2S/brass 对电极。以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,制备了串联结构的QDSSCs。上层光阳极膜厚4.7μm,而底层光阳极膜厚为11.0 μm,串联结构的电池PCE 提高了12%

虽然目前催化性能最佳的对电极是Cu2S/brass 对电极,但由于通过腐蚀得到的Cu2S膜致密度不够,多硫电解质易渗透并与电极膜和Cu 基底反应,导致电池稳定性差。此外,由于 Cu2S膜与Cu 基底结合力差,疏松易脱落,会引起电池光电性能急剧下降,这些缺陷限制了其应用前景。为此,科研人员开展了关于Cu2S 对电极的制备方法、导电衬底选择和Cu2S 对电极形貌等方面的研究工作。

为避免多硫电解质渗透与Cu 基底反应,可考虑采用其它导电衬底(如掺 F 的透明导电玻璃,FTO)替代黄铜片,从而提高稳定性。因此,开发在非黄铜片衬底上形成Cu2S 的新型工艺是解决该问题的思路之一。2014 年,Zhong 等人创新采用了电沉积工艺,首先将一层Cu 膜沉积在FTO上,然后再将其浸入1.0 M Na2S, 1.0 M S 0.1 MKCl 溶液中60 s,即得Cu2S 对电极。以CdSe/TiO2为光阳极,电池的PCE 5.21%,与Cu2S/brass 对电极(5.41%)性能相近,远高于Pt 对电极(1.68%)。制得的以Cu2S 为对电极的电池的稳定性远远优于Cu2S/brass 对电极,所得的Cu2S 对电极电池的PCE 10 h 后没有下降,而 Cu2S/brass 对电极电池的 PCE 3 h 内从4.8%降到了0.9%

2014 年,Thampi 等人采用三电极体系电沉积法制备了基于FTO Cu 膜,然后将Cu 膜浸入到多硫电解质中硫化即得Cu2S 对电极。该Cu2S对电极是由纳米片组成的多级结构(如图2 所示)。以CdS/TiO2为光阳极,电池取得了2.6%的效率,而Pb Cu2S/brass 对电极电池的PCE 分别为1.1%1.85%

2016 年,Zhong 等人报道了Cu2S/Ni 对电极。将清洗干净的Ni 泡沫放入到 CuSO4 水溶液中,并移入到高压反应釜,在150 ℃下反应5 h,得到了Cu/Ni 复合膜,再将Cu/Ni 复合膜浸入到多硫电解质中即得Cu2S/Ni 复合对电极。以CdSeTe/TiO2为光阳极,电池的PCE 达到8.94%

(2) 低温湿化学法

低温湿化学法、预先合成Cu2S 浆料再镀膜法、SILAR 法和离子交换法、金属硫族配合物热解法等主要针对基于黄铜片Cu2S/brass 对电极稳定性差的问题。当前,低温湿化学法制备Cu2S 对电极主要有三种方法:溶剂热法、化学浴沉积法和电沉积法。

2014 年,Chen 等人采用化学浴法制备Cu2S。将NaOH 溶解在去离子水中,并将溶液加热到80 ℃,然后加入硫粉,乙二胺和水合肼,将铜片放入到混合液中,可得Cu2S 对电极。以CuInS2/CdS/TiO2为光阳极,以所制备的Cu2S 为对电极,电池的PCE 4.13%,优于以Cu2S/brass为对电极的电池(PCE 3.53%)

2016 年,Shelke 等人采用电沉积的方法制备了基于FTO Cu2S 对电极。电解液是CuSO4Na2S2O3 水溶液,pH 2.35。反应制备Cu2S机理如公式(8-13)所示:

  2Cu2++2S2O32-Cu22++ S4O62-           (8)

  Cu22++2S2O32-2[Cu(S2O3)- ]           (9)

  [Cu(S2O3)- ]+S2O32-[Cu(S2O3 )2 ]3-        (10)

过量的Na2S2O3 在酸性介质中是不稳定的,过量的Na2S2O3 将会和H+反应:

  S2 O32-+H+S+HSO3-              (11)

  S+ 2e-S2-                    (12)

  2Cu2++S2-Cu2 S               (13)

当以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,电池的PCE达到4.68%。所合成的Cu2 S 具有纳米编织物的结构(如图3 所示)

(3) 预先合成Cu2 S 浆料再成膜工艺

2010 年,Meng 等人采用预先制备Cu2 S浆料再成膜工艺制备Cu2 S。将Cu(NO3) 2搅拌溶解于C4H10O3 中,溶液加热至180 ℃,然后逐滴加入C2 H5NS C4H10O3 溶液,持续搅拌反应 3 h,当溶液冷却至室温后得到Cu2 S 沉淀。制备Cu2 S浆料后通过丝网印刷在 FTO 镀膜,以Cu2 S 为对电极,以CdS/CdSe/TiO2为光阳极组装的电池PCE 3.71%,与Cu2 S/brass 对电极组装的电池PCE 相近(PCE 3.95%),且电池稳定性高。

(4) 连续离子层吸附反应法(SILAR)和离子交换法

SILAR 是将导电衬底交替浸没在阳、阴离子前驱液中,在薄膜上原位合成Cu2 S 材料。SILAR具有易于化学计量调控、可大面积连续成膜、非真空和低成本等优势。2013 年,Ranjbar 等人采用SILAR 制备Cu2 S 对电极,将FTO 分别浸入Cu(NO3) 2水溶液和 Na2 S 水溶液90 s,共重复五次。以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,以Cu2 S/brass SILAR 制备的Cu2 S 为对电极,电池的PCE 分别为3.18%0.34%SEM 结果表明黄铜片腐蚀法制得 Cu2 S 对电极为纳米片结构,对电极气孔率高,有利于电解质的浸入,然而SILAR 法制备的对电极,纳米粒粒径为50-70 nm

离子交换法生成Cu2 S 对电极,是利用Cu2 S与被交换的离子化合物溶解度不同,从而实现离子交换。2014 年,Wang 等人采用离子交换法制备了Cu2 S 对电极,首先采用SILAR 法在ITO 基底上制备ZnS,然后将衬底浸入CuCl 乙腈溶液中,反应后得到Cu2 S 对电极。查阅工具书可知,ZnSCu2 S 溶度积常数分别为10-25 10-48ZnS Cu2 S 离子交换反应的平衡常数K 1023,因此交换反应能自发进行。以CdSe/TiO2为光阳极,以离子交换法制备的Cu2 S 对电极,电池的PCE 达到4.78%

2014 年,Hu 等人制备了核-壳结构氧化铟(indium oxide ITO) 纳米线@Cu2 S 对电极,其中ITO 核采用化学气相沉积法制备,然后在ITO 纳米线上采用化学浴沉积法制备CdS 壳,再采用离子交换法,将ITO 纳米线@CdS 浸入到CuCl 水溶液,即得ITO 纳米线@Cu2 S 核壳结构的对电极。由于ITO 纳米线是n-型半导体,Cu2 S P 型半导体,ITO 纳米线@Cu2 S 形成隧道结效应。ITO 纳米线@Cu2 S 对电极界面转移电阻小,三维的ITO纳米线具有高的比表面积可以负载更多Cu2 S 催化剂, 同时三维结构有利于电解质渗透, CdS/CdSe/TiO2 为光阳极,以ITO@Cu2 S 对电极,电池的PCE Au Cu2 S 的分别提高了84.5 33.5%2015 年,Wan 等人报道了采用的相同的离子交换法制备了核-壳结构ITO@Cu2 S 对电极,以 CdSexTe1?x/TiO2为光阳极,电池VocFFPCE 分别为0.69 V 0.58 6.12%, PCE Cu2 S/brass 对电极效率高21.2%

(5) 金属硫族配合物热分解法

2013 年,Dai 等人以金属硫族配合物N4H9Cu7S4 作为前驱体溶液, 将预合成的N4H9Cu7S4 复合物溶液旋涂涂覆至导电玻璃表面,在气氛保护下加热到150 ℃,即得Cu2 S 对电极。反应如公式(14)所示。以CdS/CdSe/TiO2作为光阳极,电池的PCE 3.62%。此方法适合大面积制备Cu2 S 对电极。

  2 N4H9Cu7S47Cu2S+4N2H4+H2S↑      (14)

2.2 CuS 对电极

(1) 多硫电解质硫化方法

2015 年,Liang 等人采用电沉积法首先在FTO 表面制备Cu2 O,然后再将Cu2 O/FTO 浸入到多硫电解质中从而形成CuS 对电极。以CdS/CdSe/TiO2 为光阳极,以CuS/FTO 为电极,电池的PCE 4.07%FF 0.50,高于Pt 对电极(PCE = 1.90%)Cu2 S/brass 对电极(PCE = 3.76%)

2014 年,Liu 等人将清洗干净的黄铜片浸入到磷酸中,将交流电压(20 V50 Hz) 应用于两电极间,然后再将电腐蚀后的黄铜片浸入多硫电解质(2 M Na2S 3 M S)中,即得到了Cu1.8S/CuS对电极。在交流电场作用下,在两电极间反应如公式(15)(16)所示。采用电腐蚀也就是将黄铜片中的Zn 腐蚀,然后浸入多硫电解质中,Cu S 反应生成Cu1.8S/CuS 对电极。以CdS/CdSe/TiO2 为光阳极,以所制备的Cu1.8S/CuS 为对电极,电池的PCE 达到3.22%

  阳极反应:Zn-2e-Zn2+          (15)

  阴极反应:2H++2e-H2            (16)

2015 年,Liu 课题组采用交流电(20 V50 Hz)腐蚀的方法先制备了花一样结构的CuO/Cu(OH) 2纳米棒,然后再浸入多硫电解质中,得到基于黄铜片的CuS 对电极。以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,以所制备的CuS 对电极,电池的PCE 3.82%。交流电腐蚀法是以K2S2O8 KOH 为腐蚀液,以两个黄铜片分别为阳极和阴极,反应过程如公式(17-22)所示:

阳极反应:

  Zn+ 4OH--2e-Zn(OH)42-                  (17)

阴极反应:

  2H2O+2e-2OH-+H2                                (18)

还可以发生反应:

  Cu+S2O82-+2OH-Cu(OH)2+2SO42-                     (19)

  Cu(OH)2CuO+ H2O             (20)

将生成的CuO/Cu(OH) 2纳米棒膜浸入到多硫电解质中,反应如公式(21-22)所示,即得CuS 对电极:

Cu(OH)2+ Na2S+CuS+2NaOH                (21)

CuO+H2O+Na2S+CuS+2NaOH               (22)

2014 年,Zhao 等人首先采用无线电频率磁控溅射在FTO 上形成Cu 膜,然后将Cu 膜,乙醇和硫粉放入水热反应釜中,在60 ℃下溶剂热反应,即得CuS 对电极。所得的CuS 对电极具有纳米片结构(如图6 所示),以CdS/CdSe/TiO2 为光阳极,以200 nm 厚度的Cu 膜制成的CuS 为对电极,电池的PCE 达到2.70%,而Pt 对电极PCE (1.34%)

(2) 水热合成和溶剂热合成法

2013 年,Joo 等人采用水热合成法在FTO上原位合成Cu1.8S/CuS 对电极,以CuSO4 CH4N2S 作为铜源和硫源,水热合成温度为150 ℃时间为1-5 h。当以CdS/TiO2 为光阳极,以Pt 为对电极,电池的JscVocFF PCE 分别为3.61mA?cm?20.50 V0.330.61%. 而当以Cu1.8S/CuS为对电极,电池JscVocFF PCE 分别为5.46mA?cm?20.54 V0.56 1.66%

2015 年,Lin 等人采用溶剂热法制备了CuSCu1.8S 两种对电极,首先采用SILAR FTO 形成CuS 种子层,溶剂热合成采用的是 Cu(NO3) 2CH4N2S 的乙醇溶液可得到CuS 对电极。当将溶剂热反应液中的Cu(NO3) 2换成CuCl,相同条件下反应即得Cu1.8S 对电极。当以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,以CuSCu1.8S Pt 为对电极,电池的PCE 分别为3.95%3.30%1.99%

(3) 电沉积法

2014 年,Xu等人采用电沉积方法制备CuS对电极。以Cu(NO3) 2·3H2O 为铜源,以NaNO3的二甲亚砜(DMSO)溶液作为电解液,加入S 粉,采用两电极体系,以Pt FTO 为参比和工作电极,电解液的温度为80 ℃,电压为?1.05 V。以CdS/CdSe/ TiO2为光阳极, 电池的PCE 达到4.32%,高于Pb 对电极(2.85%)。所得的CuS 纳米球多级结构直径大约为500 nm

(4) 化学浴沉积法

2014 年,Prabakar 等人采用化学浴沉积法制备了具有编织棕垫结构一样的CuS 对电极,主要将CuCl2·2H2O CH3CSNH2溶解在去离子水溶液中,然后加入一定量CH3COOH,再将溶液搅拌均匀,将FTO 浸入到溶液中即得到CuS 对电极。研究了化学浴沉积时间的影响。当化学浴沉积的时间为4 h 所得的对电极组装成的电池性能最好,以CdS/CdSe/TiO2 为光阳极,电池的JscVoc FF分别为14.58 mA?cm?20.57 V 0.55%PCE 达到4.53%

2.3 其它Cu 的硫化物对电极

2015 年,Zai 等人以Cu2O 纳米立方体为Cu 源制备了十八面体Cu7S4 (18F-Cu7S4)和框架结构的Cu7S4(SKE-Cu7S4)对电极。以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,电池的性能列于表1 中。

2015 年,Qian 等人预先合成Cu7S4纳米管,然后采用刮刀法将Cu7S4纳米管涂覆在FTO 上形成Cu7S4 对电极。以CdS/CdSe /TiO2 为光阳极,电池PCE 达到4.53%,优于Cu2S/brass 对电极制备的Cu2S (3.3%)Pt 对电极(1.79%)。所制备的Cu7S4纳米管对电极在多硫电解质中使用1000 次时电池性能保持稳定。

2016 年,Kim 等人采用化学浴沉积法制备了Cu2 SCu1.75SCu1.12S CuS 对电极。首先将CuSO4?5H2 O L-半胱氨酸(L-cysteine)溶解在去离子水中,在搅拌的情况下,加入C2 H5NS,然后将FTO 浸入到溶液中,在60 ℃下反应90 min,即得CuxS 对电极。当L-cysteine 的浓度为0.005 mM0.01 mM0.02 mM 0.03 mM 时,可分别得到Cu2 SCu1.75SCu1.12S CuS 对电极。以Cu1.12S为对电极电池PCE 最高为5.88%,而Cu2 SCu1.75SCuS Pt 为对电极,电池PCE 分别为5.10%5.32%4.88%1.36%

2.4 复合对电极

为进一步增加Cu2 S 对电极催化活性,减少电阻,增加稳定性,研究人员使铜的硫化物与碳黑、活性炭和石墨烯等碳材料进行复合,从而制备复合对电极。该复合电极具有成本低、比表面积大、电解质传输快以及导电性能好的优点。

2010 年,Meng采用溶剂热方法制备Cu2 S/C复合对电极。首先将Cu(CH3COO) 2thiourea 溶解在DEG 中,再将石墨纸浸入到溶液中,然后在180 ℃下反应,即得到Cu2 S/C。以Cu2 S/C 复合对电极,以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,电池的JscVocFF PCE 分别为10.68 mA·cm-20.50 V0.58 3.08%,电池的Rct 低至0.063Ω·cm2

2014 年,Samakrishna 等人采用水热合成法,即先将一定量的静电纺丝的碳纤维(electrospuncarbon nanofiberEC)分散在CuCl2 L-cysteine去离子溶液中,然后将溶液转移到反应釜中,反应后收集得到CuS/ EC 粉。再将CuS/ EC 粉溶于乙醇中,采用喷射方法在FTO 上形成CuS/EC 对电极。以CuS/EC 复合对电极,以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,电池的效率达到3.86%,高于Pt 对电极(PCE 2.10%)CuS/EC 复合对电极比CuS 对电极有更低的Rct。分析原因认为附着在EC 上的CuS 起到主要催化作用,碳纤维的3-D 结构也有利于电荷的快速转移,因此电子复合减少,电池性能增加。

2016 年,Zhong 等人首先将活性碳(activatedcarbonAC)、炭黑(carbon blackCB)、铜粉和粘结剂球磨得到Cu/C 浆料,然后采用刮刀法在FTO镀膜,煅烧后再将膜浸入多硫电解质中硫化即得Cu1.8S/C 对电极。以CdSeTe/TiO2为光阳极膜,电池的PCE 达到8.40%,高于纯碳对电极(5.25%)和接近Cu2S/brass 对电极性能(8.44%)。以Cu1.8S/C为对电极电池的效率在72 h 之内没有明显变化,而以Cu2S/brass 为对电极电池的效率在11 min 内从8.44% 降到4.71%。电池性能的提高分析认为有三点原因:AC CB 导电性能好,具有大的比表面积且多孔性有利于电解质的渗透;Cu1.8S C都具有一定的催化活性,二者混合催化活性更高;原位形成的Cu1.8S 增大了对电极与FTO 的附着力。石墨烯材料具有理论表面积大、半导体本征迁移率高、热导率和透光率高等优异性能。此外,相比与其他材料,石墨烯材料具有更好的电子传导性和更高的电子迁移率,能够减少光生电子的复合,促使石墨烯被广泛应用于光伏领域。

2011 年,Kamat 等人将预先合成的还原石墨烯(reduced graphene oxideRGO)C2H3CuO2溶于乙醇中,在冰浴的条件下超声混合 60 min,所得的粉再分散在乙醇中,并加入聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoridePVDF)作为粘结剂,采用旋涂工艺在FTO 上成膜,Cu+在超声作用下发生歧化作用,生成Cu0 Cu2+,如反应(23)所示。Cu2+溶解于乙醇溶剂中,经过后续的洗涤可以去除,这样在GR 表面形成Cu0/Cu+,然后将膜浸入到多硫电解质中,即得到Cu2S/GRO 复合对电极。以CdS/CdSe/TiO2为光阳极,电池的PCE 达到4.4%。分析认为加入粘结剂PVDF 不仅增加了对电极与FTO 的结合性,并且PVDF 在电池使用过程中稳定,也有一定的催化性能,同时利用了RO 优异的导电性,所以电池的FF Pb 对电极提高75%,并且电池在连续光照1 h 情况下,效率基本没有变化,电池的稳定性好。

  2Cu+Cu0+ Cu2+                                  (23)

2014 年,Lin 等人将氧化石墨烯乙醇溶液、CuClthiourea polyvinylpyrrolidone (PVP)的乙二醇溶液在室温下混合,然后将溶液转移至反应釜中进行溶剂热反应,把所得的粉收集并制成浆料,采用刮刀法在FTO 上镀膜,得到还原石墨烯包裹的Cu2S(RGO @Cu2S)对电极。以Cds/CdSe/TiO2为光阳极,以RGO@Cu2SCu2S Pb 为对电极,电池的效率分别为3.85%3.39%2.14%Rct值依次为3.38 Ω·cm29.91 Ω·cm221.03 Ω·cm2。分析认为一定的量RGO 包裹Cu2S 可以增加对电极与FTO 的粘结力,同时由于RGO 高的导电性和大的比表面积可以降低Rct,所以催化性好,并且电子复合少,电池性能得以提高。

3

(1) 目前QDSSCs 最高PCE 12.23%,如何进一步提高QDSSCs PCE,寻找高效的对电极材料,以及提高对电极的导电性、催化活性和稳定性是亟待解决的问题。从报道的铜的硫化物对电极的新成果来看,对电极材料的发展越来越趋向于低廉的成本、优良的导电性、高效的催化活性和较好的稳定性。

(2) 首先,如何获得电催化活性高的铜的硫化物是关键问题;其次,提高铜的硫化物对电极的稳定性也是必须要考虑的问题,目前提高稳定性主要是采用新的制备方法和与碳材料复合;另外,改善电池中的电荷传输、抑制电荷复合和提高电荷收集效率也是铜的硫化物发展方向之一,目前主要是通过构造电荷传输性能良好的对电极结构(比如层状结构,一维纳米线阵列等)以及采用还原石墨烯包裹等实现。

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