Síntese de MoIn2S4 @ CNTs Contador Eletrodo Composto para Células Solares Sensibilizadas com Corante

Resumo

Um MoIn ternário e composto ₂ S ₄ O contraeletrodo @CNTs (CE) com uma estrutura de bola hedgehog foi sintetizado usando um método hidrotérmico fácil de uma etapa. O MoIn composto ₂ S ₄ O filme @CNTs possui uma grande área de superfície específica até N ₂ teste de isotermas de adsorção-dessorção, que é vantajoso para adsorver mais eletrólito e fornecer maior área de contato ativo para o eletrodo. Além disso, o MoIn composto ₂ S ₄ @CNTs CE exibe baixa resistência de transferência de carga e habilidade eletrocatalítica fina feita a partir de uma série de testes eletroquímicos, incluindo voltametria cíclica, impedância eletroquímica e curvas de Tafel. Em condições ideais, o DSSC com base no MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 composto CE atinge uma impressionante eficiência de conversão de energia de até 8,38%, que excede notavelmente aquele dos DSSCs com o MoIn ₂ S ₄ CE (7,44%) e o eletrodo de Pt (8,01%). O trabalho atual fornece um processo de preparação simplificado para os DSSCs.

Histórico

Nas últimas décadas, é urgente explorar e utilizar energias renováveis substituindo os combustíveis fósseis convencionais com a severa escassez de energia e o aumento da degradação ambiental [1, 2]. Célula solar sensibilizada por corante (DSSC) tem atraído pesquisas amplamente difundidas em virtude de sua compatibilidade ambiental, processo de preparação fácil, desempenho fotovoltaico brilhante e assim por diante [3, 4]. O contraeletrodo (CE), como um dos componentes significativos de um DSSC, desempenha o papel de reunir elétrons do circuito externo e catalisar a reação de redução de I ₃ ^- para I ^- no eletrólito líquido [5, 6]. Geralmente, os materiais CE ideais contêm os méritos de alta condutividade elétrica e notável atividade catalítica. No entanto, a platina (Pt) como um material CE prevalente e eficiente está confinada à aplicação comercializada em larga escala por causa das principais deficiências de escassez, custo e estabilidade insuficiente a longo prazo [7, 8]. Portanto, muitos esforços têm sido feitos para desenvolver uma atividade catalítica do tipo Pt, facilmente acessível, econômica e aplicada em DSSC por anos [9].

Até agora, vários tipos de materiais alternativos proeminentes foram propostos, tais como materiais carbonosos [10, 11], calcogenetos de metais de transição [12], polímeros condutores [13], ligas metálicas [14] e seus compostos [15, 16 ] Entre eles, os calcogenetos binários de metais de transição atraíram muita atenção devido à sua estrutura única e propriedades químicas. Por exemplo, o MoS sintetizado ₂ no substrato FTO exibe uma estrutura em camadas de sanduíche, área de superfície maior e locais de borda mais ativos, levando a um desempenho extremamente fotoelétrico como um CE para DSSC [17]. Enquanto isso, um extenso trabalho de pesquisa focado na atividade catalítica para I ₃ ^- redução também foi feita para WS ₂ [18], FeS ₂ [19], CoS [20] e NiS ₂ [21], que foram comparáveis ou até melhores do que o eletrodo de Pt. No entanto, as características inerentes a esses materiais, como baixa condutividade elétrica e composições químicas apenas dois-fixas, dificultaram melhorias adicionais em sua atividade catalítica [22]. Assim, numerosos métodos destinados a superar a lacuna acima mencionada foram adotados para sintetizar calcogenetos de metais de transição multinários por elementos de ajuste, projeto de estrutura e adaptação de morfologia. Felizmente, calcogenetos de metais de transição multinários consideráveis alcançaram melhorias significativas na capacidade catalítica para DSSCs, como NiCo ₂ S ₄ [23], MIn ₂ S ₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS ₂ [24], CoCuWS _x [25] e Ag ₈ GeS ₆ [26], cuja capacidade catalítica é obviamente muito melhor do que a de suas contrapartes binárias.

Além disso, é amplamente reconhecido que os nanotubos de carbono (CNTs) exibem características consideravelmente novas de grande área de superfície específica, excelente condutividade elétrica, alta resistência mecânica e estabilidade fotoquímica, que são amplamente utilizados na síntese e modificação de outros materiais [27]. Lamentavelmente, os CNTs mostram baixa atividade eletrocatalítica para I ₃ ^- redução, o que limita bastante sua aplicação de forma independente em um dispositivo DSSC. Felizmente, um grande número de estudos mostrou que o CE composto modificado com CNTs obteve desempenho fotoelétrico bastante melhorado para DSSCs [18, 28, 29]. Liu et al. relataram uma estrutura hierárquica semelhante a uma flor de Cu ₂ MnSnS ₄ / CNT (CMTS / CNT) CE via método solvotérmico em DSSC ganhou uma eficiência de conversão fotoelétrica de 8,97%, muito maior do que as DSSCs com CMTS (6,21%) e Pt (8,37%) CEs [29].

Com base nas considerações acima, neste estudo, um MoIn ₂ S ₄ @CNT composto CE de DSSC com estrutura hedgehog ball foi sintetizado usando um método hidrotérmico fácil de uma etapa e espera-se que melhore o desempenho do dispositivo. Os resultados do microscópio eletrônico de varredura mostram que diferentes conteúdos de CNT resultam em mudanças visíveis na morfologia. De acordo com uma série de caracterizações eletroquímicas, incluindo voltametria cíclica (CV), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e testes de curvas de Tafel, o MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE indica uma notável atividade catalítica e resistência à transferência de carga fina. O DSSC montado com o MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE com conteúdo adequado atinge uma eficiência de conversão de energia superior de 8,38%, que é melhor do que a do DSSC com base no Pt CE (8,01%).

Métodos

Materiais

Molibdato de sódio di-hidratado (Na ₂ MoO ₄ · 2H ₂ O), cloreto de índio tetra-hidratado (InCl ₃ · 4H ₂ O), e tioacetamida (TAA) foram adquiridos de Shanghai Chemical Agent Ltd., China, que foram usados diretamente sem purificação adicional. Nanotubos de carbono (CNTs) foram adquiridos da Aladdin Chemical Agent Ltd., China. O corante Z907 comercial foi obtido da Solaronix Ltd. (Suíça). SnO dopado com flúor ₂ (FTO) vidro, adquirido da NSG, Japão (15 Ω sq ⁻¹ ), foram limpos com detergente e acetona, bem como álcool etílico em sequência, após o corte em quadrados de 1,5 cm × 2,0 cm.

Preparação de TiO poroso ₂ fotoanodos

O colóide de TiO ₂ foi preparado como nosso trabalho anterior [30]. O TiO sensibilizado com corante ₂ os fotoanodos foram fabricados da seguinte forma:em primeiro lugar, fita 3-M (50 μm de espessura) com área exposta de 0,283 cm ² foi anexado ao FTO. Posteriormente, o TiO conforme preparado ₂ colóide foi revestido usando um método de revestimento de lâmina. Em segundo lugar, o TiO de secagem ₂ eletrodo foi sinterizado a 450 ° C por 30 min em mufla. Depois, o TiO ₂ eletrodo foi imerso em um tetracloreto de titânio 40 mM (TiCl ₄ ) solução aquosa a 70 ° C por 30 min e, em seguida, recozida ao ar a 450 ° C por 30 min. Após resfriar à temperatura ambiente, o TiO ₂ eletrodo foi imerso em solução de etanol absoluto de corante Z907 (0,3 mM) por 24 h para adsorver corantes suficientes e obtido o TiO sensibilizado com corante resultante ₂ fotoanodo.

Fabricação de MoIn ternário ₂ S ₄ @CNTs CE

O MoIn ₂ S ₄ filmes finos foram cultivados diretamente em substratos FTO por uma abordagem simples, referindo-se ao nosso relatório anterior [31]. Em uma preparação típica, 0,0696 g de Na ₂ MoO ₄ · 2H ₂ O, 0,169 g InCl ₃ · 4H ₂ O e 0,1394 g de TAA foram difundidos em 30 ml de água desionizada sob ultra-som por 2 h até que todos os reagentes estivessem dissolvidos. Os substratos FTO pré-limpos foram colocados em uma autoclave de aço inoxidável revestida com Teflon de 100 ml com o lado condutor voltado para cima antes de transferir a mistura precursora acima para ela. Depois de selada, a autoclave foi colocada em uma estufa e aquecida a 200 ° C por um tempo de reação de 15 h. Os substratos de vidro FTO cobertos com MoIn ₂ S ₄ os materiais foram retirados da autoclave, lavados com etanol, água desionizada e, em seguida, secos ao ar a 60 ° C por 12 h.

A fim de estudar o impacto dos teores de CNT no CE compósito fabricado e no desempenho do DSSC, diferentes teores de CNTs adicionados ao precursor foram conduzidos, incluindo três amostras nas quais a quantidade de CNTs foi de 10, 20 e 30 mg , respectivamente, mantendo os demais reagentes e processos de fabricação inalterados. As amostras acima foram marcadas como MoIn ₂ S ₄ (0 mg), MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1 (10 mg), MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 (20 mg) e MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 (30 mg).

Para comparação, um Pt CE pirolisado foi empregado como o CE de referência. O H ₂ PtCl ₆ em solução de isopropanol (0,50% em peso) foi gotejado sobre a superfície do vidro FTO e, em seguida, sinterizado a 450 ° C em uma mufla por 30 min para fabricar o Pt CE.

Fabricação dos DSSCs

Os DSSCs com estrutura em sanduíche foram construídos recortando os CEs de amostra (incluindo MoIn ₂ S ₄ , vários MoIn ₂ S ₄ @CNTs e Pt CEs) junto com TiO sensibilizado por corante conforme preparado ₂ fotoanodo. Surlyn foi usado como espaçador entre os eletrodos e seguido pelo preenchimento do espaço intermediário com eletrólito redox líquido que consistia em iodeto de tetrabutilamônio 0,60 M, iodeto de lítio 0,10 M, iodo 0,05 M e solução de acetonitrila 0,50 M 4-terc-butil-piridina.

Caracterizações

A composição dos elementos químicos das amostras foi caracterizada por análise de espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) (Kratos Axis Ultra). As características morfológicas das amostras foram observadas por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM, JSM-7001F). O método de área de superfície específico de BET foi empregado usando um analisador JW-K por absorção de nitrogênio para testar a área de superfície e distribuição de tamanho de poro. As outras propriedades eletroquímicas relevantes foram pesquisadas por uma estação de trabalho eletroquímica CHI660E. A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foi realizada em uma faixa de frequência de 0,1–10 ⁵ Hz com uma amplitude de perturbação de 5 mV. Os desempenhos fotovoltaicos dos DSSCs foram realizados medindo-se densidade-tensão de corrente ( J - V ) curvas características sob irradiação de 100 mW cm ⁻² do simulador solar (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Resultados e discussões

Composição e morfologia

O XPS é empregado para examinar as composições de superfície e estados químicos de cada elemento em MoIn ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ Filmes @CNTs. O espectro de dados de pesquisa no MoIn ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ As amostras @CNTs-2 são demonstradas na Fig. 1a para verificar a presença de elementos Mo, In, S e C (como referência). Além disso, todos os espectros das quatro amostras, calibrados pelo pico C 1s na energia de ligação de 284,6 eV [17], são analisados por meio do método de ajuste Gaussiano mostrado nas Fig. 1b e c. O pico C 1s apareceu em MoIn ₂ S ₄ A amostra é bem conhecida por ter se originado do carbono adventício causado pela exposição ao ar. Na região Mo 3d, dois picos principais em 228,8 e 232,1 eV são atribuídos a Mo 3d5 / 2 e Mo 3d3 / 2 do MoS ₂ [32], respectivamente. Este resultado confirma que o elemento Mo está em seu estado de oxidação IV, que é reduzido a Mo ⁴⁺ (MoIn ₂ S ₄ ) de Mo ⁶⁺ (Na ₂ MoO ₄ ) [33]. Os picos do dupleto nas energias de ligação de 445,2 e 452,2 eV correspondem a In 3d5 / 2 e In 3d3 / 2 [24, 34]. Quanto aos espectros de XPS de S 2p, os picos localizados em 161,8 e 163,1 eV pertencem a S 2p3 / 2 e 2p1 / 2, respectivamente, que é atribuído a S ₂ ^- [17, 32]. Os resultados acima estão de acordo com nossos estudos anteriores [31]. Além disso, nenhum outro elemento ou pico extra é encontrado na pesquisa, o que reconfirma que as amostras sintetizadas têm estrutura e composição química semelhantes.

Espectros XPS das amostras

As morfologias da superfície do MoIn conforme preparado ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ Nanofilmes @CNTs são observados por imagens SEM na Fig. 2. Na Fig. 2a, MoIn ₂ S ₄ amostra exibe uma estrutura de nanofolha semelhante a uma pétala com uma superfície uniforme, lisa e densa. Ao contrário do MoIn ₂ S ₄ nanofilmes, a estrutura de bola de ouriço é encontrada em MoIn ₂ S ₄ Amostras @CNT na Fig. 2b – d, e o diâmetro médio do MoIn ₂ S ₄ As nanoesferas @CNTs têm cerca de 890 nm. É fácil observar que muitas nanofolhas de rede são totalmente desenvolvidas no substrato FTO. Comparado com o MoIn ₂ S ₄ Amostras @CNT com baixo (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1) e alto (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3) Conteúdo de CNT, a amostra com conteúdo moderado (MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2) exibe mais bolas de ouriço e matriz de nanofolhas na rede do MoIn ₂ S ₄ . Um bom desempenho de contato entre a estrutura de matriz de nanofolhas de rede com um grande número de bolas de ouriço no substrato FTO facilita a redução de I ₃ ^- atribuída à sua boa condutividade e vastos sítios ativos catalíticos, que podem ser previstos que o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE terá um desempenho melhor do que o MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1 e MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CEs. Além disso, morfologias diferentes entre MoIn ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ @CNTs indicam que os CNTs desempenham um papel fundamental no controle da morfologia das amostras.

Imagens SEM de a MoIn ₂ S ₄ , b MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, c MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 e d MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3

A Figura 3 mostra os padrões de XRD de várias amostras. Dentre eles, os picos de difração em 25,74 e 42,85 ° são atribuídos aos sinais dos CNTs [31]. Os picos de difração em 2θ =27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2 e 59,6 ° pertencem ao (311), (400), (511), (440), (533) e (444) plano cristalográfico (JCPDS cartão nº 32-0456) de In ₂ S ₃ . Os picos em 14,4 e 66,5 ° são considerados (002) e (114) planos de cristal de estrutura cúbica (cartão JCPDS nº 37-1492) para o MoS ₂ [33]. Do MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 e MoIn ₂ S ₄ amostras, os picos do acima discutido aparecem bem em ambas as amostras. Comparado com o MoIn ₂ S ₄ amostra, o pico para os CNTs em 25,74 ° pode ser visto claramente no MoIn ₂ S ₄ Padrões de XRD @ CNTs-2. Assim, pode-se inferir que o MoIn ₂ S ₄ Os materiais @ CNTs-2 são sintetizados com sucesso e não há introdução de impurezas.

Padrões de XRD de várias amostras

N ₂ As isotermas de adsorção-dessorção são medidas e mostradas na Fig. 4 para explorar as áreas de superfície específicas e características dos poros. Geralmente, a maior área de superfície específica facilita a transmissão de carga mais conveniente na interface CE / eletrólito [35]. Ele demonstra a partir da Fig. 4 que as amostras possuem um ciclo de histerese evidente de comportamento de adsorção-dessorção do tipo IV, e seus dados correspondentes calculados a partir dos métodos Brunauer-Emmett-Teller (BET) e Barrett-Joyner-Halenda (BJH) são tabulados em Tabela 1. Por comparação, é fácil descobrir que a área de superfície específica e o diâmetro médio dos poros do MoIn ₂ S ₄ Amostras @CNT são muito melhores do que MoIn ₂ S ₄ . Entre os três MoIn ₂ S ₄ Amostras @CNT, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 mostra a maior área de superfície específica de 66,80 m ² g ⁻¹ e o menor diâmetro médio de poro de 17,8 nm, que pode ser atribuído à excelente estrutura de bola de ouriço após dopagem de CNTs moderados. É razoável acreditar que o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE obterá a atividade catalítica fina e, portanto, obterá um desempenho de dispositivo altamente eficiente.

N ₂ isotermas de absorção-dessorção de várias amostras

Propriedades eletroquímicas

As medições de CV são realizadas para estudar o comportamento eletrocatalítico das amostras obtidas na faixa de potencial de - 0,6 a 1,0 V a uma taxa de varredura de 60 mV s ⁻¹ para o MoIn ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs e os valores calculados são resumidos na Tabela 1. Os picos à esquerda dos dois pares de picos de oxidação e redução em cada curva CV na Fig. 5a são atribuídos à equação (I ₃ ^- + 2e ^- ↔ 3I ^- ), que determina o desempenho da atividade eletrocatalítica dos materiais CE, especialmente em DSSCs [23, 36]. Os valores da densidade de corrente de pico de redução negativa ( J _pc ), um parâmetro-chave no teste de CV, segue as ordens de Pt (3,80 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ (4,31 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-1 (4,68 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-3 (5,09 mA cm ⁻² ) 2 S ₄ @ CNTs-2 (7,47 mA cm ⁻² ) Evidentemente, o MoIn ₂ S ₄ O próprio CE tem boa atividade catalítica, e o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE exibe J muito mais alto _pc do que o do Pt, MoIn ₂ S ₄ CEs e os outros dois tipos de MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs atribuídos à sua morfologia de superfície distinta, ao efeito sinérgico dos CNTs dopados e à maior área de superfície. Os resultados indicam que o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE tem atividade eletrocatalítica fina para o I ^- / I ₃ ^- par redox em DSSC CEs. A Figura 5b mostra as curvas CV do MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE na taxa de varredura de 60 mV s ⁻¹ e eles quase não mudam com 50 ciclos, o que indica que o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE possui excelente estabilidade eletroquímica.

a CVs dos vários CEs a uma taxa de varredura de 60 mV s ⁻¹ . b 50 ciclos CV do MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE

A Figura 6a-c mostra os CVs do MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs em diferentes taxas de varredura. Com as taxas de varredura aumentando de 20 para 120 mV s ⁻¹ , os picos de oxidação e redução mudam para a direção positiva e negativa devido às difusões rápidas de I ^- / I ₃ ^- pares redox nas superfícies dos CEs e a grande polarização eletroquímica [28]. Além disso, a Fig. 6d mostra a relação entre as densidades de corrente de picos anódicos e catódicos dos pares de picos esquerdos em relação à raiz quadrada das taxas de varredura. As relações lineares bem ajustadas indicam que a reação redox de I ^- / I ₃ ^- é dominado pelo transporte de íons controlado por difusão [22, 25].

CVs do MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs em diferentes taxas de varredura a MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, b MoIn ₂ S _{4 @} CNTs-2, c MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 e d as influências da taxa de varredura na densidade de corrente dos picos redox

A Figura 7a mostra os gráficos de Nyquist das diferentes amostras para uma maior compreensão da cinética do processo de transferência de carga interfacial. Os dados EIS feitos a partir das curvas ajustadas com um circuito modelo equivalente da inserção estão listados na Tabela 2. Normalmente, os gráficos de Nyquist contêm dois semicírculos, o primeiro semicírculo à esquerda representa a resistência de transferência de carga R _ct na interface CE e eletrólito, e o segundo semicírculo corresponde à impedância de difusão de Nernst no eletrólito, enquanto a interceptação da curva na região de alta frequência no eixo real é conhecida como resistência em série R _s . Em geral, R _s e R _ct são dois parâmetros vitais para avaliar a atividade catalítica de CE em DSSC. Um pequeno R _s indica bom contato entre o catalisador e o substrato e, portanto, a resistência de todo o dispositivo também é pequena [29, 37, 38]. Enquanto isso, o pequeno R _ct representa uma alta taxa de transferência de carga. Conforme apresentado na Tabela 2, o R _s valores do MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 e MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CEs são 24,77, 23,16, 18,96 e 19,58 Ω cm ² , respectivamente. Obviamente, todo o MoIn composto ₂ S ₄ @CNTs CEs têm o menor R _s do que o do MoIn ₂ S ₄ CE, indicando que a condutividade do MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs é aprimorado após dopagem de CNTs. Além disso, entre os quatro CEs, as tendências de R _ct é MoIn ₂ S ₄> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3> MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2, o que sugere uma ordem inversa de impedância eletroquímica e capacidade catalítica dos CEs. MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE possui o menor R _ct valor pode ser atribuído à sinergia dos CNTs com condutividade fina e MoIn ₂ S ₄ com excelente capacidade catalítica, resultando em uma redução mais eficaz do triiodeto na interface CE / eletrólito. Aparentemente, a condutividade e capacidade catalítica do MoIn ₂ S ₄ Os CEs compostos do @CNTs foram muito melhorados do que o MoIn ₂ S ₄ CE, e o resultado é totalmente consistente com os testes BET e CV.

a EIS e b Curvas de Tafel do MoIn simétrico ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-1, MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 e MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-3 CEs

As curvas de polarização Tafel dos vários CEs são medidas como mostrado na Fig. 7b, e os valores dos parâmetros correspondentes estão resumidos na Tabela 2. Normalmente, uma curva Tafel padrão inclui dois parâmetros significativos chamados densidade de corrente de troca ( J ₀ ) e limitação da densidade da corrente de difusão ( J _lim ) J ₀ está relacionado com a reação de redução catalítica. Quanto maior o J ₀ ou seja, melhor será o efeito catalítico. J _lim também está positivamente relacionado à eficiência de difusão do eletrólito. O maior J _lim indica a difusão mais rápida de I ₃ ^- íons [29, 37]. Conforme apresentado na Fig. 7b e Tabela 2, o J _lim e J ₀ estão todos em ordens de Pt 2 S ₄ 2 S ₄ @ CNTs-1 2 S ₄ @ CNTs-3 2 S ₄ @ CNTs-2, sugerindo que a atividade catalítica do MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE melhorou muito depois de dopar os CNTs. Entre os CEs acima, o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE ganha a melhor atividade catalítica em comparação com os outros. O maior J _lim e J ₀ do MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE pode ser atribuído à sua grande área de superfície específica feita de estrutura de bola de ouriço e condutividade aprimorada por dopagem de CNTs.

Desempenho fotovoltaico dos DSSCs

Por contraste, os DSSCs com MoIn ₂ S ₄ , MoIn ₂ S ₄ @CNTs e Pt CEs são preparados com fotoanodos uniformes e eletrólito. O J - V curvas características são medidas sob 1 sol (AM 1,5 G, 100 mW cm ⁻² ) e os valores dos parâmetros fotovoltaicos correspondentes estão listados na Tabela 3. Quatro parâmetros principais, incluindo densidade de corrente de curto-circuito ( J _sc ), tensão de circuito aberto ( V _oc ), fator de preenchimento ( FF ) e eficiência de conversão de energia ( η ) são geralmente adotados para avaliar o desempenho fotovoltaico dos DSSCs. O FF e η dos DSSCs são calculados de acordo com as Eqs. (1) e (2):
$$ \ upeta \ \ left (\% \ right) =\ frac {\ mathrm {Vmax} \ times \ mathrm {Jmax}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% =\ frac {\ mathrm {Voc } \ times \ mathrm {Jsc} \ times \ mathrm {FF}} {\ mathrm {Pin}} \ times 100 \% $$ (1) $$ FF =\ frac {V \ max \ times J \ max} { V \ mathrm {oc} \ times J \ mathrm {sc}} $$ (2)
onde P _em é a potência da luz incidente e J _máximo (mA cm ^–2 ) e V _máximo ( V ) são a densidade de corrente e a tensão no ponto de saída de potência máxima no J – V curvas, respectivamente.

Como pode ser visto na Fig. 8, os DSSCs com MoIn ₂ S ₄ e CNTs CEs têm eficiência de conversão de energia de 7,44% e 3,62%. Comparado com os DSSCs com o MoIn ₂ S ₄ e CNTs CEs, os DSSCs montados com os três MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs exibem melhoria J _sc e η valores. Além disso, o J _sc e η valores dos DSSCs com base no MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs aumentam com o teor de CNT aumentando de 10 para 20 mg. Embora aumente ainda mais o teor de CNT para 30 mg, resulta em uma ligeira queda para o J _sc e η . Comparado com o DSSC baseado em Pt, todos os três MoIn ₂ S ₄ A exibição de DSSCs baseados em @ CNTs melhorou η de 8,16%, 8,31% e 8,38%, que são maiores do que o DSSC baseado em Pt ( η de 8,01%) nas mesmas condições. Especialmente, o DSSC montado com o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE mostra o melhor desempenho fotovoltaico e atinge um η de 8,38%, e seu correspondente J _sc de 17,17 mA cm ⁻² , V _oc de 0,745 V, e FF de 0,655. A propriedade fotoelétrica aprimorada do DSSC com o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE foi devido ao efeito sinérgico dos CNTs e do MoIn ₂ S ₄ .

J - V características dos DSSCs fabricados com diferentes CEs

Conclusões

MoIn ternário ₂ S ₄ e MoIn ₂ S ₄ Os contra-eletrodos @CNTs são fabricados em substrato FTO usando um método hidrotérmico fácil de uma etapa e servidos em DSSCs. Em condições ideais, os DSSCs com base no MoIn ₂ S ₄ @CNTs CEs todos alcançam boa eficiência de conversão de energia. Especialmente, o DSSC com o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 composto CE exibe uma boa eficiência de conversão de energia de 8,38%, que é muito maior do que a dos DSSCs com MoIn ₂ S ₄ CE (7,44%) e o eletrodo de Pt (8,01%). A propriedade fotoelétrica aprimorada do DSSC com o MoIn ₂ S ₄ @ CNTs-2 CE foi devido ao efeito sinérgico dos CNTs e do MoIn ₂ S ₄ . Enquanto isso, o efeito sinérgico do MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE em desempenho eletroquímico foi confirmado por uma série de testes eletroquímicos, incluindo voltametria cíclica, impedância eletroquímica e curvas de Tafel. O MoIn composto ₂ S ₄ O filme @CNTs possui uma grande área de superfície específica até N ₂ teste de isotermas de adsorção-dessorção, que é vantajoso para adsorver mais eletrólito e fornecer maior área de contato ativo para o eletrodo. Os fatos do MoIn ₂ S ₄ @CNTs CE atendido em DSSC amplia as aplicações potenciais de semicondutores complexos de metais de transição no campo da química optoeletrônica.