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随着化石燃料能源储量的日益减少,人类社会迫切需要寻找替代能源来满足不断增长的能源需求。替代能源必须是高效的、成本合算的、环境友好的,在这种情况下,利用太阳能成为一个非常有吸引力的主张。光电转换技术是实现太阳能转化的主要技术之一,染料敏化太阳能电池和半导体光催化则是光电转换的两种重要途径。本论文第一大部分在实验上制备了两种类钙钛矿相氧化物/石墨烯复合材料并用作染料敏化太阳能电池对电极,且研究了它们在I-/I3-体系中的电催化性能。第二大部分在理论上运用密度泛函理论,计算了一类新型类石墨烯材料Sc2C MXene的半导体性质,并分析了其在可见光光催化方面应用的可能性。本论文主要研究内容如下:(1)通过溶胶-凝胶自燃烧法成功制备了类钙钛矿相La0.65Sr0.35Mn03(LSMO)纳米颗粒与石墨烯(RGO)的复合材料(LSMO@RGO)。由于LSMO纳米粒子和RGO纳米片之间的积极协同作用,LSMO@RGO纳米复合材料对于还原三价碘I3-表现出优异的电催化性能。结果,用LSMO@RGO纳米复合材料作为对电极的染料敏化太阳能电池(DSSC)光电转换效率为6.57%,远高于纯的LSMO对电极(5.35%)和RGO对电极(4.93%)的效率,并且达到标准Pt对电极(7.13%)效率的92%。(2)通过溶胶-凝胶法制备了钙钛矿相纳米颗粒La0.5Sr0.5Co02.91(LSCO)并将其用作DSSC对电极。用LSCO作为对电极的DSSC显示出了 3.24%的光电转换效率。为了进一步改善电池的转换效率,我们通过简单的物理混合法将LSCO纳米颗粒和还原氧化石墨烯复合制备了 LSCO@RGO复合材料并将其用作DSSC对电极。由于LSCO纳米粒子和石墨烯纳米片之间积极的协同作用,LSCO@RGO纳米复合材料对I3-离子展现出优秀的电化学性能。于是,用LSCO@RGO纳米复合材料作为对电极组装的DSSC,光电转换效率达到了 6.32%。这个值远高于单独使用LSCO纳米颗粒作为对电极(3.24%)和纯石墨烯作为对电极(4.54%)所产生的转换效率,该值达到Pt对电极(7.18%)转换效率的88%。(3)鉴于刻蚀过程中在MXene表面留下各种表面官能团,我们系统计算了表面官能团对Sc2CT2(T=-O,-F,-OH)MXenes几何结构,光电性能的影响。在Sc2CT2 MXenes的所有几何结构中,配位官能团处在Sc原子相对侧的上方,称为几何结构I,几何结构I是最低能量结构。因此,能量处于最有利的Sc2CO2-I,Sc2CF2-I和Sc2C(OH)2-I用于进一步评估他们的光催化活性。我们发现Sc2CO2-I是金属,而Sc2CF2-I和Sc2C(OH)2-I是具有可见光吸收和良好载流子迁移率的半导体。与Sc2C(OH)2-I相比,Sc2CF2-I不仅具有更合适的带隙(1.91eV),而且Sc2CF2-I内的光激载流子具有更高的氧化还原能力,其应具有更好的光催化性能。