Sintesis Elektroda Penghitung Komposit MoIn2S4@CNTs untuk Sel Surya Peka Pewarna

Abstrak

MoIn ternary dan komposit₂ S₄ Elektroda lawan (CE) @CNT dengan struktur bola landak disintesis dengan menggunakan metode hidrotermal satu langkah yang mudah. Gabungan MoIn₂ S₄ Film @CNT memiliki luas permukaan spesifik yang besar melalui N₂ uji isoterm adsorpsi-desorpsi, yang menguntungkan untuk mengadsorbsi lebih banyak elektrolit dan memberikan area kontak aktif yang lebih besar untuk elektroda. Selain itu, MoIn komposit₂ S₄ @CNTs CE menunjukkan resistansi transfer muatan yang rendah dan kemampuan elektrokatalitik yang baik yang dibuat dari serangkaian tes elektrokimia termasuk voltametri siklik, impedansi elektrokimia, dan kurva Tafel. Dalam kondisi optimal, DSSC berdasarkan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 komposit CE mencapai efisiensi konversi daya yang mengesankan setinggi 8,38%, yang sangat melebihi DSSC dengan MoIn₂ S₄ CE (7,44%) dan elektroda Pt (8,01%). Pekerjaan saat ini menyediakan proses persiapan yang disederhanakan untuk DSSC.

Latar Belakang

Dalam beberapa dekade terakhir, sangat mendesak untuk memanfaatkan dan memanfaatkan energi terbarukan sebagai pengganti bahan bakar fosil konvensional dengan kekurangan energi yang parah dan degradasi lingkungan yang meningkat [1, 2]. Sel surya tersensitisasi pewarna (DSSC) telah menarik penelitian yang tersebar luas berdasarkan keramahan lingkungannya, proses persiapan yang mudah, kinerja fotovoltaik yang cemerlang, dan sebagainya [3, 4]. Elektroda lawan (CE), sebagai salah satu komponen penting dari DSSC, memainkan peran mengumpulkan elektron dari sirkuit eksternal dan mengkatalisis reaksi reduksi I₃ ⁻ untuk saya⁻ dalam cairan elektrolit [5, 6]. Umumnya, bahan CE yang ideal mengandung manfaat konduktivitas listrik yang tinggi dan aktivitas katalitik yang luar biasa. Namun, platinum (Pt) sebagai bahan CE yang lazim dan efisien terbatas pada aplikasi komersial skala besar karena kelemahan utama yaitu kelangkaan, mahalnya, dan stabilitas jangka panjang yang buruk [7, 8]. Oleh karena itu, banyak upaya telah dilakukan untuk mengembangkan aktivitas katalitik yang mudah diakses, hemat biaya, dan seperti Pt yang diterapkan di DSSC selama bertahun-tahun [9].

Sampai saat ini, berbagai jenis bahan alternatif yang beredar telah diusulkan, seperti bahan karbon [10, 11], chalcogenides logam transisi [12], polimer konduktif [13], paduan logam [14], dan senyawanya [15, 16 ]. Di antara mereka, kalkogenida logam transisi biner menarik banyak perhatian karena struktur dan sifat kimianya yang unik. Misalnya, MoS yang disintesis₂ pada substrat FTO menunjukkan struktur berlapis sandwich, luas permukaan yang lebih besar, dan situs tepi yang lebih aktif yang mengarah ke kinerja fotolistrik yang sangat tinggi sebagai CE untuk DSSC [17]. Sementara itu, penelitian ekstensif berfokus pada aktivitas katalitik untuk I₃ ⁻ pengurangan juga telah dilakukan untuk WS₂ [18], FeS₂ [19], CoS [20], dan NiS₂ [21], yang sebanding atau bahkan lebih baik dari elektroda Pt. Namun demikian, karakteristik yang melekat dari bahan-bahan ini, seperti konduktivitas listrik yang rendah dan hanya dua komposisi kimia yang tetap, menghambat peningkatan lebih lanjut dalam aktivitas katalitiknya [22]. Oleh karena itu, banyak metode yang bertujuan untuk mengatasi kekurangan tersebut di atas diadopsi untuk mensintesis kalkogenida logam transisi multinary dengan menyesuaikan elemen komponen, merancang struktur, dan menyesuaikan morfologi. Untungnya, chalcogenides logam transisi multinary yang cukup besar telah mencapai peningkatan yang signifikan dalam kemampuan katalitik untuk DSSC, seperti NiCo₂ S₄ [23], MIN₂ S₄ (M =Fe, Co, Ni) [22], CuInS₂ [24], CoCuWS_x [25], dan Ag₈ GeS₆ [26], yang kemampuan katalitiknya jelas jauh lebih baik daripada rekan binernya.

Selain itu, diakui secara luas bahwa nanotube karbon (CNT) menunjukkan karakteristik yang sangat baru dari luas permukaan spesifik yang besar, konduktivitas listrik yang luar biasa, kekuatan mekanik yang tinggi, dan stabilitas fotokimia, yang banyak digunakan dalam sintesis dan modifikasi bahan lain [27]. Sayangnya, CNT menunjukkan aktivitas elektrokatalitik yang buruk untuk I₃ ⁻ pengurangan, yang sangat membatasi aplikasi mereka secara independen dalam perangkat DSSC. Untungnya, sejumlah besar penelitian telah menunjukkan bahwa CE komposit yang dimodifikasi dengan CNT semuanya memperoleh kinerja fotolistrik yang sangat meningkat untuk DSSC [18, 28, 29]. Liu dkk. telah melaporkan struktur hierarki seperti bunga dari Cu₂ MnSnS₄ /CNT (CMTS/CNT) CE melalui metode solvothermal di DSSC memperoleh efisiensi konversi fotolistrik sebesar 8,97%, jauh lebih tinggi daripada DSSC dengan CMTS (6,21%) dan Pt (8,37%) CEs [29].

Berdasarkan pertimbangan di atas, dalam penelitian ini, MoIn₂ S₄ @CNT komposit CE DSSC dengan struktur bola landak disintesis dengan menggunakan metode hidrotermal satu langkah yang mudah dan diharapkan dapat meningkatkan kinerja perangkat yang lebih tinggi. Hasil pemindaian mikroskop elektron menunjukkan bahwa kandungan CNT yang berbeda menghasilkan perubahan morfologi yang terlihat. Menurut serangkaian karakterisasi elektrokimia termasuk voltametri siklik (CV), spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS), dan tes kurva Tafel, MoIn₂ S₄ @CNTs CE menunjukkan aktivitas katalitik yang luar biasa dan ketahanan transfer muatan yang baik. DSSC dirakit dengan MoIn₂ S₄ @CNTs CE dengan konten yang sesuai mencapai efisiensi konversi daya yang unggul sebesar 8,38%, yang lebih baik daripada DSSC berdasarkan Pt CE (8,01%).

Metode

Materi

Natrium molibdat dihidrat (Na₂ MoO₄ ·2H₂ O), indium klorida tetrahidrat (InCl₃ ·4H₂ O), dan thioacetamide (TAA) dibeli dari Shanghai Chemical Agent Ltd., Cina, yang digunakan langsung tanpa pemurnian lebih lanjut. Carbon nanotubes (CNTs) diperoleh dari Aladdin Chemical Agent Ltd., China. Pewarna Z907 komersial diperoleh dari Solaronix Ltd. (Swiss). SnO yang didoping fluor₂ (FTO) kaca, dibeli dari NSG, Jepang (15 Ω sq⁻¹ ), dibersihkan dengan deterjen dan aseton serta etil alkohol secara berurutan setelah dipotong menjadi kotak berukuran 1,5 cm × 2,0 cm.

Persiapan TiO berpori₂ fotoanoda

Koloid TiO₂ disiapkan sebagai pekerjaan kami sebelumnya [30]. TiO yang peka terhadap zat warna₂ photoanodes dibuat sebagai berikut:Pertama, pita 3-M (tebal 50 μm) dengan area terbuka 0,283 cm² dilampirkan di FTO. Selanjutnya, TiO yang telah disiapkan₂ koloid dilapisi dengan menggunakan metode blade-coating. Kedua, pengeringan TiO₂ elektroda disinter pada 450 °C selama 30 min dalam tungku meredam. Setelah itu, TiO₂ elektroda direndam dalam titanium tetraklorida 40 mM (TiCl₄ ) larutan berair pada 70 °C selama 30 min, dan kemudian dianil di udara pada 450 °C selama 30 min. Setelah pendinginan hingga suhu kamar, TiO₂ elektroda direndam dalam pewarna Z907 (0,3 mM) larutan etanol absolut selama 24 h untuk menyerap pewarna yang cukup dan diperoleh TiO yang tersensitisasi pewarna yang dihasilkan₂ fotoanoda.

Fabrikasi ternary MoIn₂ S₄ @CNTs CE

MoIn₂ S₄ film tipis ditanam langsung ke substrat FTO dengan pendekatan sederhana mengacu pada laporan kami sebelumnya [31]. Dalam persiapan khas, 0,0696 g Na₂ MoO₄ ·2H₂ O, 0,169 g InCl₃ ·4H₂ O, dan 0,1394 g TAA disebarkan dalam 30 ml air deionisasi di bawah ultrasonikasi selama 2h sampai semua reaktan larut. Substrat FTO yang telah dibersihkan sebelumnya dimasukkan ke dalam autoklaf baja tahan karat berlapis Teflon 100 ml dengan sisi konduktif menghadap ke atas sebelum mentransfer campuran prekursor di atas ke dalamnya. Setelah disegel, autoklaf ditempatkan dalam oven dan dipanaskan pada suhu 200 °C dengan waktu reaksi 15 jam. Substrat kaca FTO dilapisi dengan MoIn₂ S₄ bahan dikeluarkan dari autoklaf, dicuci dengan etanol, air deionisasi, dan kemudian dikeringkan di udara pada suhu 60°C selama 12 jam.

Untuk mempelajari dampak kandungan CNT pada CE komposit fabrikasi dan kinerja DSSC, berbagai kandungan CNT yang ditambahkan ke prekursor dilakukan, termasuk tiga sampel di mana jumlah CNT adalah 10, 20, dan 30 mg , masing-masing, menjaga reagen lain dan proses fabrikasi tidak berubah. Sampel di atas ditandai MoIn₂ S₄ (0 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-1 (10 mg), MoIn₂ S₄ @CNTs-2 (20 mg), dan MoIn₂ S₄ @CNTs-3 (30 mg).

Sebagai perbandingan, Pt CE pirolisis digunakan sebagai referensi CE. H₂ PtCl₆ dalam larutan isopropanol (0,50 wt%) dijatuhkan ke permukaan kaca FTO, dan kemudian disinter pada 450 °C dalam tungku peredam selama 30 min untuk membuat Pt CE.

Fabrikasi DSSC

DSSC dengan struktur sandwich dibuat dengan memotong sampel CE (termasuk MoIn₂ S₄ , berbagai MoIn₂ S₄ @CNTs, dan Pt CEs) bersama-sama dengan TiO tersensitisasi pewarna yang disiapkan₂ fotoanoda. Surlyn digunakan sebagai pengatur jarak antar elektroda dan dilanjutkan dengan mengisi celah dengan cairan elektrolit redoks yang terdiri dari tetrabutilamonium iodida 0,60 M, litium iodida 0,10 M, yodium 0,05 M, dan larutan 4-tert-butil-piridin asetonitril 0,50 M.

Karakterisasi

Komposisi unsur kimia sampel dikarakterisasi dengan menggunakan analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) (Kratos Axis Ultra). Fitur morfologi sampel diamati dengan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FESEM, JSM-7001F). Metode luas permukaan spesifik BET digunakan menggunakan penganalisis JW-K dengan penyerapan nitrogen untuk menguji luas permukaan dan distribusi ukuran pori. Sifat elektrokimia relevan lainnya diteliti oleh stasiun kerja elektrokimia CHI660E. Spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) dilakukan dalam rentang frekuensi 0,1–10⁵ Hz dengan amplitudo terganggu 5 mV. Performa fotovoltaik DSSC dilakukan dengan mengukur tegangan rapat arus (J -V ) kurva karakteristik di bawah iradiasi 100 mW cm⁻² dari simulator surya (CEL-S500, Beijing China Education Au-light Co., Ltd).

Hasil dan Diskusi

Komposisi dan Morfologi

XPS digunakan untuk memeriksa komposisi permukaan dan keadaan kimia setiap elemen di MoIn₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ @CNT film. Spektrum data survei di MoIn₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ Sampel @CNTs-2 ditunjukkan pada Gambar 1a untuk memverifikasi keberadaan elemen Mo, In, S, dan C (sebagai referensi). Selain itu, semua spektrum dari empat sampel, dikalibrasi oleh puncak C1s pada energi ikat 284,6 eV [17], dianalisis melalui metode pemasangan Gaussian yang ditunjukkan pada Gambar 1b dan c. Puncak C 1 muncul di MoIn₂ S₄ sampel diketahui berasal dari karbon adventif yang disebabkan oleh paparan udara. Di wilayah Mo 3d, dua puncak utama pada 228,8 dan 232,1 eV ditetapkan untuk Mo 3d5/2 dan Mo 3d3/2 dari MoS₂ [32], masing-masing. Hasil ini menegaskan bahwa unsur Mo berada dalam keadaan oksidasi IV, yang direduksi menjadi Mo⁴⁺ (MoIn₂ S₄ ) dari Mo⁶⁺ (Na₂ MoO₄ ) [33]. Puncak ganda pada energi ikat 445,2 dan 452,2 eV sesuai dengan Dalam 3d5/2 dan Dalam 3d3/2 [24, 34]. Adapun spektrum XPS S 2p, puncak yang terletak di 161,8 dan 163,1 eV masing-masing milik S 2p3/2 dan 2p1/2, yang dianggap berasal dari S₂ ⁻ [17, 32]. Hasil di atas sangat sesuai dengan penelitian kami sebelumnya [31]. Selain itu, tidak ada unsur lain atau puncak ekstra yang ditemukan dalam survei, yang menegaskan kembali bahwa sampel yang disintesis memiliki komposisi dan struktur kimia yang serupa.

Spektrum XPS dari sampel

Morfologi permukaan MoIn yang telah disiapkan₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ Nanofilm @CNT diamati oleh gambar SEM pada Gambar. 2. Pada Gambar 2a, MoIn₂ S₄ sampel menampilkan struktur nanosheet seperti kelopak dengan permukaan yang seragam, halus, dan padat. Tidak seperti MoIn₂ S₄ nanofilm, struktur bola landak ditemukan di MoIn₂ S₄ @CNT sampel pada Gambar. 2b–d, dan diameter rata-rata MoIn₂ S₄ @CNTs nanospheres sekitar 890 nm. Sangat mudah untuk mengamati bahwa begitu banyak nanosheet jaringan yang sepenuhnya tumbuh pada substrat FTO. Dibandingkan dengan MoIn₂ S₄ Sampel @CNT dengan rendah (MoIn₂ S₄ @CNTs-1) dan tinggi (MoIn₂ S₄ @CNTs-3) Konten CNT, sampel dengan konten sedang (MoIn₂ S₄ @CNTs-2) memamerkan lebih banyak bola landak dan susunan nanosheet di jaringan MoIn₂ S₄ . Performa kontak yang baik antara struktur susunan nanosheet jaringan dengan bola landak dalam jumlah besar pada substrat FTO memfasilitasi pengurangan I₃ ⁻ dikaitkan dengan konduktivitas yang baik dan situs aktif katalitik yang luas, yang dapat diprediksi bahwa MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE akan mencapai kinerja yang lebih baik daripada MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, dan MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE. Selain itu, morfologi yang berbeda antara MoIn₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ @CNT menunjukkan bahwa CNT memainkan peran penting dalam mengontrol morfologi sampel.

Gambar SEM dari a MoIn₂ S₄ , b MoIn₂ S₄ @CNTs-1, c MoIn₂ S₄ @CNTs-2, dan d MoIn₂ S₄ @CNTs-3

Gambar 3 menunjukkan pola XRD dari berbagai sampel. Di antara mereka, puncak difraksi pada 25,74 dan 42,85 ° atribut sinyal dari CNT [31]. Puncak difraksi pada 2θ =27,5, 33,4, 43,7, 47,9, 56,2, dan 59,6° termasuk dalam bidang kristalografi (311), (400), (511), (440), (533), dan (444) (JCPDS). nomor kartu 32-0456) dari Dalam₂ S₃ . Puncak pada 14,4 dan 66,5 ° dianggap (002) dan (114) bidang kristal struktur kubik (kartu JCPDS no. 37-1492) untuk MoS₂ [33]. Dari MoIn₂ S₄ @CNTs-2 dan MoIn₂ S₄ sampel, puncak yang dibahas di atas muncul dengan baik di kedua sampel. Dibandingkan dengan MoIn₂ S₄ sampel, puncak CNT pada 25,74° dapat dilihat dengan jelas di MoIn₂ S₄ @CNTs-2 XRD pola. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa MoIn₂ S₄ Bahan @CNTs-2 berhasil disintesis dan tidak ada kotoran yang masuk.

Pola XRD dari berbagai sampel

N₂ isoterm adsorpsi-desorpsi diukur dan ditunjukkan pada Gambar. 4 untuk menjelajahi area permukaan spesifik dan fitur pori. Umumnya, luas permukaan spesifik yang lebih besar memfasilitasi transmisi muatan yang lebih nyaman pada antarmuka CE/elektrolit [35]. Ini menunjukkan dari Gambar. 4 bahwa sampel memiliki loop histeresis yang jelas dari perilaku adsorpsi-desorpsi tipe IV, dan data terkait yang dihitung dari metode Brunauer-Emmett-Teller (BET) dan Barrett-Joyner-Halenda (BJH) ditabulasikan dalam Tabel 1. Sebagai perbandingan, mudah untuk menemukan bahwa luas permukaan spesifik dan diameter pori rata-rata MoIn₂ S₄ Sampel @CNT jauh lebih baik daripada MoIn₂ S₄ . Di antara ketiga MoIn₂ S₄ @CNT sampel, MoIn₂ S₄ @CNTs-2 menunjukkan luas permukaan spesifik terbesar 66,80 m² g⁻¹ dan diameter pori rata-rata terkecil 17,8 nm, yang dapat dianggap berasal dari struktur bola landak yang sangat baik setelah doping CNT moderat. Masuk akal untuk percaya bahwa MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE akan mendapatkan aktivitas katalitik yang baik dan karenanya mencapai kinerja perangkat yang sangat efisien.

N₂ isoterm absorpsi-desorpsi dari berbagai sampel

Sifat elektrokimia

Pengukuran CV dilakukan untuk mempelajari perilaku elektrokatalitik sampel yang diperoleh dalam kisaran potensial 0,6 hingga 1,0 V pada laju pemindaian 60 mV s⁻¹ untuk MoIn₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ @CNTs CE, dan nilai yang dihitung diringkas dalam Tabel 1. Puncak kiri dari dua pasang puncak oksidasi dan reduksi di setiap kurva CV pada Gambar. 5a dianggap berasal dari persamaan (I₃ ⁻ + 2e⁻ 3I⁻ ), yang menentukan kinerja aktivitas elektrokatalitik bahan CE, terutama di DSSC [23, 36]. Nilai rapat arus puncak reduksi negatif (J _pc ), parameter kunci dalam pengujian CV, mengikuti perintah Pt (3.80 mA cm⁻² ) 2 S₄ (4,31 mA cm⁻² ) 2 S₄ @CNTs-1 (4.68 mA cm⁻² ) 2 S₄ @CNTs-3 (5.09 mA cm⁻² ) 2 S₄ @CNTs-2 (7,47 mA cm⁻² ). Terbukti, MoIn₂ S₄ CE sendiri memiliki aktivitas katalitik yang baik, dan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE menunjukkan J _pc daripada Pt, MoIn₂ S₄ CE, dan dua jenis MoIn lainnya₂ S₄ @CNTs CE dikaitkan dengan morfologi permukaannya yang khas, efek sinergis dari doping CNT, dan luas permukaan yang lebih besar. Hasilnya menunjukkan bahwa MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE memiliki aktivitas elektrokatalitik yang baik untuk I⁻ /I₃ ⁻ pasangan redoks di DSSC CE. Gambar 5b menunjukkan kurva CV MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE pada kecepatan pemindaian 60 mV s⁻¹ dan mereka hampir tidak berubah dengan 50 siklus, yang menunjukkan bahwa MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE memiliki stabilitas elektrokimia yang sangat baik.

a CV dari berbagai CE dengan kecepatan pemindaian 60 mV s⁻¹ . b 50 siklus CV MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE

Gambar 6a–c menunjukkan CV MoIn₂ S₄ @CNTs CE pada kecepatan pemindaian yang berbeda. Dengan kecepatan pemindaian yang meningkat dari 20 menjadi 120 mV s⁻¹ , puncak oksidasi dan reduksi bergeser ke arah positif dan negatif karena difusi cepat I⁻ /I₃ ⁻ pasangan redoks pada permukaan CE dan polarisasi elektrokimia yang besar [28]. Selanjutnya, Gambar 6d menunjukkan hubungan antara rapat arus puncak anodik dan katodik dari pasangan puncak kiri terhadap akar kuadrat dari laju sapuan. Hubungan linier yang sesuai menunjukkan bahwa reaksi redoks dari I⁻ /I₃ ⁻ didominasi oleh transpor ion yang dikendalikan difusi [22, 25].

CV MoIn₂ S₄ @CNTs CE pada kecepatan pemindaian yang berbeda a MoIn₂ S₄ @CNTs-1, b MoIn₂ S_4@ CNT-2, c MoIn₂ S₄ @CNTs-3, dan d pengaruh laju pemindaian pada rapat arus puncak redoks

Gambar 7a menunjukkan plot Nyquist dari sampel yang berbeda untuk mengetahui lebih lanjut tentang kinetika proses transfer muatan antarmuka. Data EIS yang dibuat dari kurva yang dipasang dengan model rangkaian ekivalen sisipan tercantum dalam Tabel 2. Biasanya, plot Nyquist berisi dua setengah lingkaran, setengah lingkaran pertama di sebelah kiri mewakili resistansi transfer muatan R _ct pada antarmuka CE dan elektrolit, dan setengah lingkaran kedua sesuai dengan impedansi difusi Nernst dalam elektrolit, sedangkan intersepsi kurva di wilayah frekuensi tinggi pada sumbu nyata dikenal sebagai resistansi seri R _s . Secara umum, R _s dan R _ct adalah dua parameter penting untuk mengevaluasi aktivitas katalitik CE di DSSC. Sebuah R . kecil _s menunjukkan kontak yang baik antara katalis dan substrat, dan karenanya resistansi seluruh perangkat juga kecil [29, 37, 38]. Sementara itu, si kecil R _ct singkatan dari tingkat transfer biaya tinggi. Seperti yang disajikan pada Tabel 2, R _s nilai MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2, dan MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE adalah 24,77, 23,16, 18,96, dan 19,58 Ω cm² , masing-masing. Jelas, semua MoIn komposit₂ S₄ @CNTs CE memiliki R . yang lebih kecil _s daripada MoIn₂ S₄ CE, menunjukkan bahwa konduktivitas MoIn₂ S₄ @CNTs CEs ditingkatkan setelah doping CNTs. Selanjutnya, di antara empat CE, tren R _ct adalah MoIn₂ S₄> MoIn₂ S₄ @CNTs-1> MoIn₂ S₄ @CNTs-3> MoIn₂ S₄ @CNTs-2, yang menunjukkan urutan terbalik dari impedansi elektrokimia dan kemampuan katalitik CE. MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE memiliki R terendah _ct nilai dapat dikaitkan dengan sinergi CNT dengan konduktivitas halus dan MoIn₂ S₄ dengan kemampuan katalitik yang sangat baik, menghasilkan reduksi triiodida yang lebih efektif pada antarmuka CE/elektrolit. Rupanya, konduktivitas dan kemampuan katalitik MoIn₂ S₄ CE komposit @CNT telah meningkat pesat dibandingkan dengan MoIn₂ S₄ CE, dan hasilnya benar-benar konsisten dengan tes BET dan CV.

a EIS dan b Kurva tafel dari MoIn simetris₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNTs-1, MoIn₂ S₄ @CNTs-2, dan MoIn₂ S₄ @CNTs-3 CE

Kurva polarisasi Tafel dari berbagai CE diukur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b, dan nilai parameter yang sesuai diringkas dalam Tabel 2. Biasanya, kurva Tafel standar mencakup dua parameter signifikan yang disebut kerapatan arus pertukaran (J ₀ ) dan membatasi rapat arus difusi (J _lim ). J ₀ berhubungan dengan reaksi reduksi katalitik. Semakin besar J ₀ adalah, semakin baik efek katalitik. J _lim juga berhubungan positif dengan efisiensi difusi elektrolit. J . yang lebih besar _lim menunjukkan difusi yang lebih cepat dari I₃ ⁻ ion [29, 37]. Seperti yang disajikan pada Gambar. 7b dan Tabel 2, J _lim dan J ₀ semuanya atas perintah Pt 2 S₄ 2 S₄ @CNTs-1 2 S₄ @CNTs-3 2 S₄ @CNTs-2, menunjukkan bahwa aktivitas katalitik MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE telah meningkat pesat setelah doping CNT. Di antara CE di atas, MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE memperoleh aktivitas katalitik terbaik dibandingkan yang lain. J . terbesar _lim dan J ₀ dari MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE dapat dianggap berasal dari luas permukaan spesifiknya yang besar yang terbuat dari struktur bola landak dan konduktivitas yang ditingkatkan dengan doping CNT.

Kinerja fotovoltaik DSSC

Sebaliknya, DSSC dengan MoIn₂ S₄ , MoIn₂ S₄ @CNT, dan Pt CE disiapkan dengan fotoanoda dan elektrolit yang seragam. J -V kurva karakteristik diukur di bawah 1 matahari (AM 1.5 G, 100 mW cm⁻² ) dan nilai parameter fotovoltaik yang sesuai tercantum dalam Tabel 3. Empat parameter utama termasuk rapat arus hubung singkat (J _sc ), tegangan rangkaian terbuka (V _ok ), faktor pengisian (FF ), dan efisiensi konversi daya (η ) biasanya diadopsi untuk menilai kinerja fotovoltaik dari DSSC. FF dan η DSSC dihitung menurut Persamaan. (1) dan (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)

dimana P _di adalah kekuatan cahaya insiden dan J _maks (mA cm^–2 ) dan V _maks (V ) adalah rapat arus dan tegangan pada titik keluaran daya maksimum di J–V kurva, masing-masing.

Seperti dapat dilihat dari Gambar. 8, DSSC dengan MoIn₂ S₄ dan CNTs CE memiliki efisiensi konversi daya sebesar 7,44% dan 3,62%. Dibandingkan dengan DSSC dengan MoIn₂ S₄ dan CNT CE, DSSC yang dirakit dengan tiga MoIn₂ S₄ @CNTs CE menunjukkan peningkatan J _sc dan η nilai-nilai. Selain itu, J _sc dan η nilai DSSC berdasarkan MoIn₂ S₄ @CNTs CEs meningkat dengan peningkatan konten CNT dari 10 menjadi 20 mg. Sementara meningkatkan konten CNT lebih lanjut menjadi 30 mg, ini menghasilkan sedikit penurunan untuk J _sc dan η . Dibandingkan dengan DSSC berbasis Pt, ketiga MoIn₂ S₄ Pameran DSSC berbasis @CNT ditingkatkan η dari 8,16%, 8,31%, dan 8,38%, yang lebih tinggi dari DSSC berbasis Pt (η sebesar 8,01%) dalam kondisi yang sama. Terutama, DSSC yang dirakit dengan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE menunjukkan kinerja fotovoltaik terbaik dan mencapai η sebesar 8,38%, dan yang sesuai J _sc dari 17,17 mA cm⁻² , V _ok sebesar 0,745 V, dan FF dari 0,655. Properti fotolistrik yang ditingkatkan dari DSSC dengan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE adalah karena efek sinergis dari CNT dan MoIn₂ S₄ .

J -V karakteristik DSSC yang dibuat dengan CE yang berbeda

Kesimpulan

Terner MoIn₂ S₄ dan MoIn₂ S₄ Elektroda penghitung @CNT dibuat pada substrat FTO dengan menggunakan metode hidrotermal satu langkah yang mudah dan disajikan dalam DSSC. Dalam kondisi optimal, DSSC berdasarkan MoIn₂ S₄ @CNTs CE semuanya mencapai efisiensi konversi daya yang baik. Terutama, DSSC dengan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 komposit CE menunjukkan efisiensi konversi daya yang baik sebesar 8,38%, yang jauh lebih tinggi daripada DSSC dengan MoIn₂ S₄ CE (7,44%) dan elektroda Pt (8,01%). Properti fotolistrik yang ditingkatkan dari DSSC dengan MoIn₂ S₄ @CNTs-2 CE adalah karena efek sinergis dari CNT dan MoIn₂ S₄ . Sementara itu, efek sinergis dari MoIn₂ S₄ @CNTs CE dalam kinerja elektrokimia telah dikonfirmasi dari serangkaian uji elektrokimia termasuk voltametri siklik, impedansi elektrokimia, dan kurva Tafel. Gabungan MoIn₂ S₄ Film @CNT memiliki luas permukaan spesifik yang besar melalui N₂ uji isoterm adsorpsi-desorpsi, yang menguntungkan untuk mengadsorbsi lebih banyak elektrolit dan memberikan area kontak aktif yang lebih besar untuk elektroda. Fakta MoIn₂ S₄ @CNTs CE yang disajikan di DSSC memperluas potensi aplikasi semikonduktor kompleks logam transisi di bidang kimia optoelektronik.