阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

王海 ,  徐雪青 ,  史继富 ,  徐刚

引用本文: 王海, 徐雪青, 史继富, 徐刚. 阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2013, 29(03): 525-532. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301091 shu
Citation:  WANG Hai, XU Xue-Qing, SHI Ji-Fu, XU Gang. Application of Ionic Liquids with Carboxyl and Aromatic Ring Conjugated Anions in Dye-Sensitized Solar Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(03): 525-532. doi: 10.3866/PKU.WHXB201301091 shu

阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21103194, 21273241) (21103194, 21273241)

    广州市珠江科技新星专项(2012061) (2012061)

    中国科学院广州能源研究所所长创新基金(y007r71001)资助项目 (y007r71001)

摘要:

提出了利用p-π共轭效应设计离子液体的方法, p-π共轭效应可以有效分散阴离子的负电荷, 降低离子液体中阴阳离子之间的库仑引力, 以得到低粘度的离子液体. 所设计的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑苯甲酸(EMIB)和1-乙基-3-甲基咪唑异烟酸(EMIIN) (它们的阴离子中羧酸根和芳环为p-π共轭结构), 这两种离子液体都达到了较低的粘度(EMIB为42 mPa·s, EMIIN为27 mPa·s). 进一步将这两种离子液体做成电解质, 应用在染料敏化太阳能电池中, 通过优化电解质的组成, EMIB基电解质达到了1.43 mS·cm-1的电导率和1.45×10-7cm2·s-1的I3?的扩散系数, 而EMIIN基电解质的电导率和I3?扩散系数分别为1.63 mS·cm-1和2.01×10-7 cm2·s-1,后者电导性能的提高主要和EMIIN粘度较低有关系. 进一步将这两种电解质组装成电池, 在300 W·m-2的光强下测得EMIB基电池和EMIIN基电池的效率分别为2.85%和4.30%.

English

    1. [1]

      (1) O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

      (1) O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

    2. [2]

      (2) Kong, F. T.; Dai, S. Y. Progress in Chemistry 2006, 18, 1409.[孔凡太, 戴松元. 化学进展, 2006, 18, 1409.](2) Kong, F. T.; Dai, S. Y. Progress in Chemistry 2006, 18, 1409.[孔凡太, 戴松元. 化学进展, 2006, 18, 1409.]

    3. [3]

      (3) Shi, J.; Peng, S.; Pei, J.; Liang, Y.; Cheng, F.; Chen, J. ACSAppl. Mater. Interfaces 2009, 1, 944. doi: 10.1021/am9000375(3) Shi, J.; Peng, S.; Pei, J.; Liang, Y.; Cheng, F.; Chen, J. ACSAppl. Mater. Interfaces 2009, 1, 944. doi: 10.1021/am9000375

    4. [4]

      (4) Wang, M.; Pan, X.; Fang, X.; Guo, L.; Liu,W.; Zhang, C.;Huang, Y.; Hu, L.; Dai, S. Adv. Mater. 2010, 22, 5526. doi: 10.1002/adma.v22.48(4) Wang, M.; Pan, X.; Fang, X.; Guo, L.; Liu,W.; Zhang, C.;Huang, Y.; Hu, L.; Dai, S. Adv. Mater. 2010, 22, 5526. doi: 10.1002/adma.v22.48

    5. [5]

      (5) Yu, Q.;Wang, Y.; Yi, Z.; Zu, N.; Zhang, J.; Zhang, M.;Wang, P.ACS Nano 2010, 4, 6032. doi: 10.1021/nn101384e(5) Yu, Q.;Wang, Y.; Yi, Z.; Zu, N.; Zhang, J.; Zhang, M.;Wang, P.ACS Nano 2010, 4, 6032. doi: 10.1021/nn101384e

    6. [6]

      (6) Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 3. doi: 10.1016/j.jphotochem.2004.02.023(6) Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2004, 164, 3. doi: 10.1016/j.jphotochem.2004.02.023

    7. [7]

      (7) Pan, X.; Dai, S. Y.;Wang, K. J.; Shi, C.W.; Guo, L. ActaPhys. -Chim. Sin. 2005, 21, 697. [潘旭, 戴松元, 王孔嘉,史成武, 郭力. 物理化学学报, 2005, 21, 697.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20050624(7) Pan, X.; Dai, S. Y.;Wang, K. J.; Shi, C.W.; Guo, L. ActaPhys. -Chim. Sin. 2005, 21, 697. [潘旭, 戴松元, 王孔嘉,史成武, 郭力. 物理化学学报, 2005, 21, 697.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20050624

    8. [8]

      (8) Bai, Y.; Cao, Y.; Zhang, J.;Wang, M.; Li, R.;Wang, P.;Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Nat. Mater. 2008, 7, 626. doi: 10.1038/nmat2224(8) Bai, Y.; Cao, Y.; Zhang, J.;Wang, M.; Li, R.;Wang, P.;Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Nat. Mater. 2008, 7, 626. doi: 10.1038/nmat2224

    9. [9]

      (9) Papageorgiou, N.; Athanassov, Y.; Armand, M.; Bonhote, P.;Pettersson, H.; Azam, A.; Grätzel, M. J. Electrochem. Soc.1996, 143, 3099. doi: 10.1149/1.1837171(9) Papageorgiou, N.; Athanassov, Y.; Armand, M.; Bonhote, P.;Pettersson, H.; Azam, A.; Grätzel, M. J. Electrochem. Soc.1996, 143, 3099. doi: 10.1149/1.1837171

    10. [10]

      (10) Shi, C.W.; Ge, Q.; Qiu, Z. G.; Li, B.; Han, S. K. ActaPhys. -Chim. Sin. 2007, 23, 1473. [史成武, 葛茜, 邱治国,李兵, 韩士奎. 物理化学学报, 2007, 23, 1473.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20070932(10) Shi, C.W.; Ge, Q.; Qiu, Z. G.; Li, B.; Han, S. K. ActaPhys. -Chim. Sin. 2007, 23, 1473. [史成武, 葛茜, 邱治国,李兵, 韩士奎. 物理化学学报, 2007, 23, 1473.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20070932

    11. [11]

      (11) Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Comte, P.; Exnar, I.; Grätzel, M.J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1166. doi: 10.1021/ja029294+(11) Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Comte, P.; Exnar, I.; Grätzel, M.J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1166. doi: 10.1021/ja029294+

    12. [12]

      (12) Zakeeruddin, S. M.; Moser, J. E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B2003, 107, 13280. doi: 10.1021/jp0355399(12) Zakeeruddin, S. M.; Moser, J. E.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B2003, 107, 13280. doi: 10.1021/jp0355399

    13. [13]

      (13) Kuang, D.;Wang, P.; Ito, S.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M.J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7732. doi: 10.1021/ja061714y(13) Kuang, D.;Wang, P.; Ito, S.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M.J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7732. doi: 10.1021/ja061714y

    14. [14]

      (14) Wachter, P.; Schreiner, C.; Zistler, M.; Gerhard, D.;Wasserscheid, P.; res, H. J. Microchim. Acta 2008, 160, 125.doi: 10.1007/s00604-007-0803-2(14) Wachter, P.; Schreiner, C.; Zistler, M.; Gerhard, D.;Wasserscheid, P.; res, H. J. Microchim. Acta 2008, 160, 125.doi: 10.1007/s00604-007-0803-2

    15. [15]

      (15) Fredin, K.; rlov, M.; Pettersson, H.; Hagfeldt, A.; Kloo, L.;Boschloo, G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13261. doi: 10.1021/jp072514r(15) Fredin, K.; rlov, M.; Pettersson, H.; Hagfeldt, A.; Kloo, L.;Boschloo, G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13261. doi: 10.1021/jp072514r

    16. [16]

      (16) Zhou, Z. B.; Matsumoto, H.; Tatsumi, K. Chem. Eur. J. 2004,10, 6581.(16) Zhou, Z. B.; Matsumoto, H.; Tatsumi, K. Chem. Eur. J. 2004,10, 6581.

    17. [17]

      (17) Fukumoto, K.; Yoshizawa, M.; Ohno, H. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 2398. doi: 10.1021/ja043451i(17) Fukumoto, K.; Yoshizawa, M.; Ohno, H. J. Am. Chem. Soc.2005, 127, 2398. doi: 10.1021/ja043451i

    18. [18]

      (18) Shi, J. F.;Wang, L.; Liang, Y. L.; Peng, S. J.; Cheng, F. Y.;Chen, J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 6814. doi: 10.1021/jp100029r(18) Shi, J. F.;Wang, L.; Liang, Y. L.; Peng, S. J.; Cheng, F. Y.;Chen, J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 6814. doi: 10.1021/jp100029r

    19. [19]

      (19) Shi, J. F.;Wan, Q. C.; Xu, G.; Xu, X. Q.; Fan, Y. ActaPhys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2360. [史继富, 万青翠, 徐刚,徐雪青, 樊晔. 物理化学学报, 2011, 27, 2360.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111023(19) Shi, J. F.;Wan, Q. C.; Xu, G.; Xu, X. Q.; Fan, Y. ActaPhys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2360. [史继富, 万青翠, 徐刚,徐雪青, 樊晔. 物理化学学报, 2011, 27, 2360.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111023

    20. [20]

      (20) Bonhote, P.; Dias, A. P.; Armand, M.; Papageorgiou, N.;Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M. Inorg. Chem. 1996, 35,1168. doi: 10.1021/ic951325x(20) Bonhote, P.; Dias, A. P.; Armand, M.; Papageorgiou, N.;Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M. Inorg. Chem. 1996, 35,1168. doi: 10.1021/ic951325x

    21. [21]

      (21) Kawano, R.;Watanabe, M. Chem. Commun. 2003, 330.(21) Kawano, R.;Watanabe, M. Chem. Commun. 2003, 330.

    22. [22]

      (22) Wu, J.; Hao, S.; Lan, Z.; Lin, J.; Huang, M.; Huang, Y.; Li, P.;Yin, S.; Sato, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11568. doi: 10.1021/ja802158q(22) Wu, J.; Hao, S.; Lan, Z.; Lin, J.; Huang, M.; Huang, Y.; Li, P.;Yin, S.; Sato, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11568. doi: 10.1021/ja802158q

    23. [23]

      (23) Jerman, I.; Jovanovski, V.; Vuk, A. Š.; Hocevar, S. B.; Gaberšcek,M.; Jesih, A.; Orel, B. Electrochim. Acta 2008, 53, 2281. doi: 10.1016/j.electacta.2007.09.043(23) Jerman, I.; Jovanovski, V.; Vuk, A. Š.; Hocevar, S. B.; Gaberšcek,M.; Jesih, A.; Orel, B. Electrochim. Acta 2008, 53, 2281. doi: 10.1016/j.electacta.2007.09.043

    24. [24]

      (24) Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M.Chem. Mater. 2004, 16, 2694. doi: 10.1021/cm049916l(24) Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M.Chem. Mater. 2004, 16, 2694. doi: 10.1021/cm049916l

    25. [25]

      (25) Shi, J. F.; Fan, Y.; Xu, X. Q.; Xu, G.; Chen, L. H. ActaPhys. -Chim. Sin. 2012, 28, 857. [史继富, 樊晔, 徐雪青,徐刚, 陈丽华. 物理化学学报, 2012, 28, 857.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202204(25) Shi, J. F.; Fan, Y.; Xu, X. Q.; Xu, G.; Chen, L. H. ActaPhys. -Chim. Sin. 2012, 28, 857. [史继富, 樊晔, 徐雪青,徐刚, 陈丽华. 物理化学学报, 2012, 28, 857.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202204

    26. [26]

      (26) Fabregat-Santia , F.; Bisquert, J.; Palomares, E.; Otero, L.;Kuang, D.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C2007, 111, 6550. doi: 10.1021/jp066178a(26) Fabregat-Santia , F.; Bisquert, J.; Palomares, E.; Otero, L.;Kuang, D.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C2007, 111, 6550. doi: 10.1021/jp066178a

    27. [27]

      (27) Hara, K.; Dan-oh, Y.; Kasada, C.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga,S.; Sayama, K.; Arakawa, H. Langmuir 2004, 20, 4205. doi: 10.1021/la0357615

      (27) Hara, K.; Dan-oh, Y.; Kasada, C.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga,S.; Sayama, K.; Arakawa, H. Langmuir 2004, 20, 4205. doi: 10.1021/la0357615

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  936
  • 文章访问数:  1494
  • HTML全文浏览量:  57
文章相关
  • 发布日期:  2013-02-25
  • 收稿日期:  2012-10-25
  • 网络出版日期:  2013-01-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章