Published January 29, 2020
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Publication
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Fabrication and Electrochemical Behavior Investigation of a Pt-Loaded Reduced Graphene Oxide Composite (Pt@rGO) as a High-Performance Cathode for Dye-Sensitized Solar Cells
Creators
- 1. Ho Chi Minh City University of Science
- 2. Vietnam National University Ho Chi Minh City
- 3. Ho Chi Minh City University of Technology
Description
A platinum-reduced graphene oxide thin film composite (Pt@rGO, 100 nm) was prepared on a fluorine-doped tin oxide- (FTO-) coated glass substrate by a screen printing method using a Pt@rGO screen printing paste (0.12% Pt;Pt/rGO=1.5 w/w). The as-prepared electrode (denoted as Pt@rGO/FTO) was used as the cathode for the assembly of dye-sensitized solar cells (DSSCs). It showed a well-dispersed and high loading of Pt on rGO surface with a particle size distributed around 10 nm. The redox behavior of ferrocene was performed at Pt/FTO, Pt@rGO/FTO, and rGO/FTO electrodes by a cyclic voltammetry (CV) method. The kinetic parameters, in particular, the standard reduction potential (E0, V), the transfer coefficient (α), the heterogeneous rate constant (k0, cm·s -1 ), and the diffusion coefficient (D, cm 2 s -1 ), were determined by CV data treatment using convolution-deconvolution and fitting methods. The values ofE0,α,k0, andDat Pt@rGO/FTO electrode were, respectively, 326 mV, 0.471, 3.33 cm·s -1 , and 4.19 cm 2 ·s -1 , equivalent to those of Pt/FTO electrode (340 mV, 0.474, 3.18 cm·s -1 , and 4.19 cm 2 ·s -1 ). The Pt@rGO/FTO electrode exhibited excellent electrocatalytic activity compared to that of Pt thin film (Pt/FTO electrode) prepared from Pt commercial paste. The heterogeneous electron transfer rate constantk0(cm·s -1 ) for I 3 - /I - at Pt@rGO/FTO is 1.3 times faster than that at Pt/FTO. The energy conversion efficiency of the DSSCs assembled from Pt@rGO-DSSC cathode reached 7.0%, an increase of 20.7% over the commercial Pt-based cathode (Pt-DSSC, 5.8%). The rGO component in the Pt@rGO composite plays two important roles: (i) facilitating the electron transfer between Pt NPs catalyst and the FTO substrate via the bandgap effect and (ii) the enlargement catalytic surface area of Pt NPs via the loading effect. The rGO material has, therefore, potential to replace the Pt content and improve the performance of the DSSC device.
Translated Descriptions
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Translated Description (Arabic)
تم تحضير مركب طبقة رقيقة من أكسيد الجرافين مخفض البلاتين (Pt@rGO، 100 نانومتر) على ركيزة زجاجية مغلفة بأكسيد القصدير مخدر بالفلور (FTO -) بطريقة طباعة الشاشة باستخدام معجون طباعة الشاشة Pt@rGO (0.12 ٪ Pt ؛Pt/rGO=1.5 وزن/وزن). تم استخدام القطب المعد مسبقًا (المشار إليه باسم Pt@rGO/FTO) ككاثود لتجميع الخلايا الشمسية المحسسة بالصبغة (DSSCs). وأظهرت حمولة منتشرة بشكل جيد وعالية من Pt على سطح rGO مع حجم جسيم موزع حوالي 10 نانومتر. تم إجراء سلوك اختزال الفيروسين في أقطاب Pt/FTO و Pt@rGO/FTO و rGO/FTO بطريقة قياس الجهد الدوري (CV). تم تحديد المعلمات الحركية، على وجه الخصوص، جهد الاختزال القياسي (E0، V)، ومعامل النقل (α)، وثابت المعدل غير المتجانس (k0، cm·s -1 )، ومعامل الانتشار (D، cm 2 s -1 )، من خلال معالجة بيانات CV باستخدام التفاف الالتفاف وطرق التركيب. كانت قيم E0 و α و k0 وDعند قطب Pt@rGO/FTO، على التوالي، 326 مللي فولط و 0.471 و 3.33 سم·s -1 و 4.19 سم 2 ·s -1 ، أي ما يعادل قيم قطب Pt/FTO (340 مللي فولط و 0.474 و 3.18 سم·s -1 و 4.19 سم 2 ·s -1 ). أظهر قطب Pt@rGO/FTO نشاطًا حفازًا كهربائيًا ممتازًا مقارنةً بقطب Pt الرقيق (قطب Pt/FTO) الذي تم تحضيره من معجون Pt التجاري. ثابت معدل نقل الإلكترون غير المتجانس k0(cm·s -1 ) لـ I 3 - /I - عند Pt@rGO/FTO أسرع 1.3 مرة من ذلك عند Pt/FTO. بلغت كفاءة تحويل الطاقة لـ DSSCs المجمعة من كاثود Pt@ rGO - DSSC 7.0 ٪، بزيادة قدرها 20.7 ٪ عن كاثود Pt التجاري (Pt - DSSC، 5.8 ٪). يلعب مكون rGO في مركب Pt@rGO دورين مهمين: (1) تسهيل نقل الإلكترون بين محفز Pt NPs وركيزة FTO عبر تأثير فجوة النطاق و (2) مساحة السطح الحفاز للتكبير لـ Pt NPs عبر تأثير التحميل. وبالتالي، فإن مادة rGO لديها القدرة على استبدال محتوى Pt وتحسين أداء جهاز DSSC.Translated Description (French)
Un composite à film mince d'oxyde de graphène réduit en platine (Pt@rGO, 100 nm) a été préparé sur un substrat en verre revêtu d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO-) par un procédé de sérigraphie utilisant une pâte de sérigraphie Pt@rGO (0,12% Pt ; Pt/rGO=1,5 p/p). L'électrode telle que préparée (notée Pt@rGO/FTO) a été utilisée comme cathode pour l'assemblage de cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC). Il a montré une charge bien dispersée et élevée de Pt sur la surface de rGO avec une taille de particule répartie autour de 10 nm. Le comportement redox du ferrocène a été effectué aux électrodes Pt/FTO, Pt@rGO/FTO et rGO/FTO par une méthode de voltamétrie cyclique (CV). Les paramètres cinétiques, en particulier, le potentiel de réduction standard (E0, V), le coefficient de transfert (α), la constante de vitesse hétérogène (k0, cm·s -1 ) et le coefficient de diffusion (D, cm 2 s -1 ), ont été déterminés par traitement des données CV en utilisant des méthodes de convolution-déconvolution et d'ajustement. Les valeurs deE0,α,k0 etDà l'électrode Pt@rGO/FTO étaient, respectivement, 326 mV, 0,471, 3,33 cm·s -1 et 4,19 cm 2 ·s -1 , équivalentes à celles de l'électrode Pt/FTO (340 mV, 0,474, 3,18 cm·s -1 et 4,19 cm 2 ·s -1 ). L'électrode Pt@rGO/FTO présentait une excellente activité électrocatalytique par rapport à celle du film mince de Pt (électrode Pt/FTO) préparé à partir de pâte commerciale de Pt. La constante de vitesse de transfert d'électrons hétérogène k0(cm·s -1 ) pour I 3 - /I - à Pt@rGO/FTO est 1,3 fois plus rapide que celle à Pt/FTO. L'efficacité de conversion d'énergie des DSSC assemblés à partir de la cathode Pt@rGO-DSSC a atteint 7,0 %, soit une augmentation de 20,7 % par rapport à la cathode commerciale à base de Pt (Pt-DSSC, 5,8 %). Le composant rGO dans le composite Pt@rGO joue deux rôles importants : (i) faciliter le transfert d'électrons entre le catalyseur Pt NPs et le substrat FTO via l'effet de bande interdite et (ii) la surface catalytique d'agrandissement des Pt NPs via l'effet de charge. Le matériau rGO a donc le potentiel de remplacer le contenu Pt et d'améliorer les performances du dispositif DSSC.Translated Description (Spanish)
Se preparó un compuesto de película delgada de óxido de grafeno reducido en platino (Pt@rGO, 100 nm) sobre un sustrato de vidrio recubierto con óxido de estaño dopado con flúor (FTO-) mediante un método de serigrafía utilizando una pasta de serigrafía Pt@rGO (0.12% Pt; Pt/rGO=1.5 p/p). El electrodo preparado (indicado como Pt@rGO/FTO) se utilizó como cátodo para el ensamblaje de células solares sensibilizadas con colorante (DSSC). Mostró una carga bien dispersa y alta de Pt en la superficie de rGO con un tamaño de partícula distribuido alrededor de 10 nm. El comportamiento redox del ferroceno se realizó en los electrodos Pt/FTO, Pt@rGO/FTO y rGO/FTO mediante un método de voltametría cíclica (CV). Los parámetros cinéticos, en particular, el potencial de reducción estándar (E0, V), el coeficiente de transferencia (α), la constante de velocidad heterogénea (k0, cm·s -1 ) y el coeficiente de difusión (D, cm 2 s -1 ), se determinaron mediante el tratamiento de datos CV utilizando métodos de convolución-convolución y ajuste. Los valores deE0,α,k0 yDen el electrodo Pt@rGO/FTO fueron, respectivamente, 326 mV, 0.471, 3.33 cm·s -1 y 4.19 cm 2 ·s -1 , equivalentes a los del electrodo Pt/FTO (340 mV, 0.474, 3.18 cm·s -1 y 4.19 cm 2 ·s -1 ). El electrodo de Pt@rGO/FTO exhibió una excelente actividad electrocatalítica en comparación con la de la película delgada de Pt (electrodo de Pt/FTO) preparada a partir de pasta comercial de Pt. La constante de velocidad de transferencia de electrones heterogénea k0(cm·s -1 ) para I 3 - /I - en Pt@rGO/FTO es 1.3 veces más rápida que en Pt/FTO. La eficiencia de conversión de energía de las DSSC ensambladas a partir del cátodo Pt@ rGO-DSSC alcanzó el 7.0%, un aumento del 20.7% sobre el cátodo comercial basado en Pt (Pt-DSSC, 5.8%). El componente rGO en el compuesto Pt@rGO desempeña dos funciones importantes: (i) facilitar la transferencia de electrones entre el catalizador de Pt NP y el sustrato FTO a través del efecto de banda prohibida y (ii) la ampliación del área de superficie catalítica de Pt NP a través del efecto de carga. Por lo tanto, el material rGO tiene el potencial de reemplazar el contenido de Pt y mejorar el rendimiento del dispositivo DSSC.Files
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Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصنيع وفحص السلوك الكهروكيميائي لمركب أكسيد الجرافين المخفض المحمل Pt (Pt@rGO) ككاثود عالي الأداء للخلايا الشمسية الحساسة للصبغة
- Translated title (French)
- Fabrication et étude du comportement électrochimique d'un composite d'oxyde de graphène réduit chargé de Pt (Pt@rGO) en tant que cathode haute performance pour les cellules solaires sensibilisées au colorant
- Translated title (Spanish)
- Fabricación e investigación del comportamiento electroquímico de un compuesto de óxido de grafeno reducido cargado con Pt (Pt@rGO) como cátodo de alto rendimiento para células solares sensibilizadas con colorante
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3003646779
- DOI
- 10.1155/2020/8927124
References
- https://openalex.org/W1968365176
- https://openalex.org/W1980216394
- https://openalex.org/W1987535335
- https://openalex.org/W2009459306
- https://openalex.org/W2009803644
- https://openalex.org/W2010842291
- https://openalex.org/W2018536636
- https://openalex.org/W2020870084
- https://openalex.org/W2032653466
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- https://openalex.org/W2611393006
- https://openalex.org/W2745464750
- https://openalex.org/W2771048731
- https://openalex.org/W2787269608
- https://openalex.org/W2886052442
- https://openalex.org/W2895921816
- https://openalex.org/W2913194156
- https://openalex.org/W2950534827
- https://openalex.org/W4254619625