TiO_(2)纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO_(2)纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明:基于TiO_(2)纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm^(2))辐照下,最佳的短路电流密度(J_(sc))可以达到18.31mA/cm^(2),开路电压(V_(oc))为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO_(2)纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_(sc)的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。

纳米晶TiO_2光阳极修饰及光电子复合效应

对染料敏化纳米晶TiO_2薄膜太阳电池的光阳极进行了不同方法的TiCl_4修饰处理,测量了各种修饰处理下的TiO_2太阳电池的光电转换性能。通过准分子脉冲激光(λ=248nm)和氙灯辐照下的开路光电压V_∝随时间的衰减关系,分别研究了单色脉冲和多色连续光激发下的染料敏化TiO_2太阳电池的光电子复合效应,从中明确了TiCl_4修饰对染料敏化TiO_2太阳电池暗电流的调制所起的重要作用。

C掺杂TiO_(2)纳米管阵列的制备及光催化降解甲基橙研究

通过阳极氧化结合水热法制备C掺杂TiO_(2)纳米管阵列(C-TNTs),利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)对TiO_(2)纳米管阵列的晶型、形貌进行表征。结果表明,制备的C-TNTs具有较强的锐钛矿衍射峰,纳米管排列整齐,孔径一致;C-TNTs的平均内径为150 nm,管长约4.4μm。在紫外光照射下,TNTs与C-TNTs均有较高的光催化效率,120 min对甲基橙(MO)的降解率分别为90.9%和96.6%。在可见光照射下,C-TNTs在120 min对MO的降解率达86.5%,是TNTs的2.24倍。C-TNTs在可见光照射下,经5次循环使用后催化率仅下降3.2个百分点,具有较强的催化稳定性。

染料敏化太阳能电池及TiO_(2)基光阳极的研究进展

随着人们对于能源需求量的增加,染料敏化太阳能电池作为一种清洁的能量收集装置得到广泛研究。染料敏化太阳能电池是通过染料来获得光电子,利用自身的氧化还原产生电流,但由于光阳极材料的比表面积和电子传输速率提升困难等因素,在实际应用中受到限制。总结了染料敏化太阳能电池的结构和工作原理和研究进展,对它们的优缺点进行分析,提出染料敏化太阳能电池发展中存在的问题和挑战,并对染料敏化太阳能电池光阳极的趋势进行了展望。

阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列及其光电性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了TiO2纳米管阵列光电极,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对TiO2纳米管的形貌和结构进行了表征,详细考察了氧化工艺参数对纳米管阵列形貌的影响,并通过稳态光电响应技术对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究．结果表明,在1wt％HF电解液中,控制氧化电压为20V,反应30min后,在Ti表面获得了垂直导向的TiO2纳米管阵列,孔径约为90nm,管壁厚度约为10nm．经600℃退火处理后,TiO2纳米管阵列为锐钛矿型与金红石型的混晶结构,此时电极的光电性能最佳,与TiO2纳米多孔膜电极相比,光电性能大幅提高．

3d过渡金属掺杂TiO_2纳米晶膜电极的光电化学研究

应用原子力显微镜和X射线粉末法对 3d过渡金属离子Cr(Ⅲ ) ,Fe(Ⅲ ) ,Mn(Ⅱ ) ,Co(Ⅱ ) ,Ni(Ⅱ ) ,Cu(Ⅱ )和Zn(Ⅱ )掺杂TiO2 纳米晶粒 (简写为M3d TiO2 )作了表征 ,并用光电化学方法研究了M3d TiO2 纳米结构多孔膜电极 .实验结果表明 ,M3d TiO2 纳米粒子的颗粒较均匀 ,粒径约为 1 5nm ,其晶型为锐钛矿和板钛矿的混晶 .在所研究的M3d TiO2 中 ,只有Zn2 + TiO2 电极的光电流大于未掺杂的TiO2 纳米结构多孔膜电极 .3d金属离子的掺杂引起各电极的光电流信号在一定波长范围内出现 p

掺铁TiO_2纳米晶的制备及光催化性能研究

以钛酸丁酯溶液为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了不同掺杂量的Fe3+-TiO2干凝胶,在空气气氛中于400℃焙烧2h,得到锐钛矿相的纳米晶,用TG-DTA,XRD,DRS,FS等手段对其进行了表征.研究结果表明,掺杂铁离子使二氧化钛纳米晶的粒径变小,吸收带边发生红移,荧光峰明显增强.分别以汞灯和氙灯为光源,通过对染料罗丹明B的光催化降解研究,发现掺入0.01%Fe3+-TiO2与纯TiO2相比具有更好的催化活性,掺杂量增大后,光催化降解率反而下降.

纳米TiO_2的晶相控制及其光催化活性研究

采用sol gel法以钛酸丁酯为前驱物制备纳米TiO2 粉体 ,以TG DTA、XRD、TEM进行表征分析 ,研究了不同煅烧条件对纳米TiO2 粉体的晶相变化、微晶生长、粒径大小的影响 ,并用自制纳米TiO2 光催化降解四氟苯甲酸 ,研究了不同煅烧条件下纳米TiO2 的光催化活性。

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO2纳米管阵列,研究了不同溶液体系对TiO2纳米管尺寸和形貌的影响.利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO2纳米管.20V反应15h,0.5wt%HF+1mol/L(NH4)H2PO4溶液中TiO2纳米管直径为70～90nm,长度约2.2μm,在500℃的空气气氛下退火1h,纳米管薄膜以锐钛矿结构为主,在该条件下所制备TiO2纳米管的光电流密度达到3.2mA/cm2.以该纳米管薄膜为光阳极,施加0.45V(vs.SCE)的外加偏压,在125W紫外光照射5h后,初始摩尔浓度为20×10-6mol/L的酸性红G(C18H13N3Na208S2)在pH=3时,降解率达到92.4%.

纳米TiO_2粉晶的光学特性研究

用溶胶 凝胶方法 (Sol gel)制备了平均粒度为 2 2nm的纳米TiO2 粉晶 .用X射线衍射 (XRD)分析了粉晶的结构变化 ,并用红外光谱法 (IR)及紫外 可见光谱法 (UV VIS)对粒子的光学特性进行了分析 .结果表明 :经不同温度热处理的纳米TiO2 的光学性能随其晶型转变及粒子尺寸的变化而有着显著变化 ,与粗晶TiO2 相比 ,纳米TiO2 粒子在纳米尺度内 ,IR吸收边有明显红移和蓝移并存现象 ,而UV VIS吸收边随粒子尺寸减小发生蓝移 ,表现出量子尺寸效应 .

上转光剂掺杂新型纳米TiO_2催化剂的制备及利用可见光降解结晶紫染料的研究

合成了一种新型含有稀土金属Er的上转光剂,此上转光剂在488nm可见光的激发下,产生了5个波长均小于387nm的上转换紫外发射峰。采用超声波分散的方法制备出了上转光剂掺杂纳米TiO2可见光光催化剂。以结晶紫为研究对象,研究了光催化剂在可见光(三基色灯下发出)照射下的催化降解性能,并与未掺杂的纳米TiO2粉末的催化性能进行了对比。实验结果表明作为掺杂成分的上转光剂可有效地将可见光转化为紫外光并被纳米TiO2粉末吸收利用,其中380nm转光效率为0.78%。紫外光谱和离子色谱表明,在可见光照射8.0h后降解率达95%以上,高于未掺杂纳米TiO2的48%,结晶紫降解后生成的Cl-和NO3-作为一种无机离子进入溶液中。所有结果表明,掺入上转光剂的TiO2光催化剂是一种有效利用可见光的催化剂,为未来利用太阳光处理工业废水开辟了道路。

纳米晶TiO_2电极上半菁衍生物光敏染料

合成了具有不同共轭链长度的吡啶盐类及喹啉盐类半菁染料(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-犤2-(4-N,N-二甲基氨基苯基)乙烯基犦吡啶盐(P1)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-犤2-(4-N,N-二甲基氨基苯基)丁二烯基犦吡啶盐(P2)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-犤2-(4-N,N-二甲基氨基苯基)乙烯基犦喹啉盐(Q1)以及(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-犤2-(4-N,N-二甲基氨基苯基)丁二烯基犦喹啉盐(Q2).研究了它们的光物理性质,并将它们用作TiO2纳米晶电极的光敏化剂引入光电化学电池.与含有乙烯基共轭桥的染料P1和Q1相比,含有丁二烯基共轭桥的染料P2和Q2在甲醇和氯仿中的最大吸收均发生一定程度的红移,而且吸收光谱变宽.这两类染料都能很好地吸附于TiO2电极上.在比较了四个染料的吸收光谱、摩尔消光系数以及在TiO2电极表面的吸附量后,发现Q1具有最好的光电转化性质.

阳极氧化法制备TiO2纳米管及其光催化性能

纳米TiO2对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术。本文采用阳极氧化法制备出TiO2纳米管,对比了四种电解液组成（A氟化铵＋硫酸铵＋水;B氟化铵＋硫酸铵＋乙酸＋水;C氟化铵＋硫酸铵＋甘油＋水;D氢氟酸＋二甲基亚砜（DMOS）＋乙醇）对催化剂表面形貌及光催化性能的影响。结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO2纳米管,管径约为60～74 nm。样品经400℃煅烧,TiO2晶型主要为锐钛矿相;经500℃煅烧,出现少量金红石相;经700℃煅烧,晶型全部为金红石相。具有良好形貌的TiO2纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力。当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^-1,经500℃煅烧的TiO2纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%。亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30。

N3敏化Ho^(3+)离子修饰TiO_2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响.TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率,而另一方面它也能够抑制电荷复合.结果表明,在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层,在电极表面就形成了一个势垒,能够有效抑制电极表面的电荷复合,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率.在93.1mW·cm-2白光照射下,TiO2/Ho-0.1和TiO2/Ho-0.2(0.1和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度,单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%,与TiO2电极(7.2%)比较,分别增大了15%和5%.

Eu^(3+)掺杂TiO_2纳米晶的制备及光致发光研究

以Ti(O BU) 4为前驱体 ,采用溶胶 凝胶法制备了掺杂Eu3+ 离子的TiO2 纳米晶。分别以X射线衍射 (XRD)和光致发光 (PL)光谱对不同温度烧结下的样品进行了表征。XRD分析表明 ,由于Eu3+ 掺杂浓度低 ,纳米晶呈现单一的锐钛矿相 ,Eu3+ 可能主要位于纳米TiO2 颗粒的表面。PL分析表明 ,当用紫外 可见光 380 ,395 ,41 5和 468nm对掺杂Eu3+ 的TiO2 纳米晶进行激发时 ,都发射了一系列PL信号 ,其中用 468nm激发效率最高 ,380nm激发效率几乎为 0 ,也就是说 ,468nm代替通常的 395nm成为最灵敏的激发线 ;这些PL发光峰分别对应着Eu3+ 的5D0 →7FJ(0～ 4)跃迁 ,其中以5D0 →7F2 跃迁的 61 6nm的纯红色发光效率最高。从不同温度热处理TiO2 ∶Eu3+ 纳米晶的激发光谱看出 ,Eu3+ 的特征发射来自基质带间吸收 (380nm附近处 )的有效激发都很弱。

阳极氧化法制备TiO2纳米管及光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti片表面制备出结构整齐有序的TiO2纳米管阵列，研究了溶液体系和pH值对TiO2纳米管尺寸和形貌的影响。利用X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜表征了不同条件下制备的TiO2纳米管，20V反应15h，质量分数为0．5％HF＋1mol／L（NH4）H2PO4溶液中TiO2纳米管直径为70～90nm，长度约2．2μm。以纳米管薄膜为光阳极，施加0．45V的外加偏压，在125W紫外光照射4h后，初始质量浓度为10mg／L的亚甲基兰COD降解率达到93％。

氮和碳共掺杂TiO_2纳米晶的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,冰醋酸为抑制剂,超细铵盐为固体载体,采用新型溶胶-凝胶法制备了氮和碳共掺杂TiO2纳米晶(N-C-TiO2)光催化剂.透射电子显微镜(TEM)结果表明,N-C-TiO2样品颗粒均匀,尺寸细小,且分散性好;热失重分析(TGA)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明,复合干凝胶经低温热处理,使铵盐载体分解、挥发去除,样品为单一的锐钛矿相,N和C原子扩散进入晶格结点或间隙位置,与TiO2化学键结合;氮气等温吸附-脱附结果表明,样品比表面积高达356 m2/g,孔体积为0.27 mL/g.以氙灯为可见光光源,罗丹明B水溶液为模拟污染物,P25为参比催化剂,在辐射强度为100mW/cm2的可见光照射条件下,N-C-TiO2具有很高的光催化活性,其可见光催化活性明显高于P25.

Zn(Ⅱ)和La(Ⅲ)共掺杂TiO_2纳米晶多孔膜电极光电化学行为研究

采用溶胶-凝胶法合成了Zn(Ⅱ)、La(Ⅲ)共掺杂TiO2纳米粒子(掺杂0.5%Zn(Ⅱ)及0.5%La(Ⅲ)),并制成了TiO2、掺杂0.5%Zn(Ⅱ)及共掺杂0.5%Zn(Ⅱ)和0.5%La(Ⅲ)的TiO2纳米晶多孔膜电极,对该3种电极进行了电化学及光电化学研究,实验发现,用Zn(Ⅱ)单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流大于未掺杂的TiO2纳米多孔膜电极,而Zn(Ⅱ)和La(Ⅲ)共掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流又大于Zn(Ⅱ)单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极,对该掺杂电极的光电转换机理进行了探讨。

TiO2纳米晶薄膜溶胶凝胶法制备及其光学性能

通过溶胶凝胶浸渍提拉法成功制备了表面平整的氧化钛纳米晶薄膜.XPS结果确定了该薄膜的元素组成及价态.TG分析结果表明大量无定形Ti(OH)2向锐钛矿型TiO2转变发生在390℃左右.显微共焦Raman光谱确定了不同温度热处理所得薄膜的相结构.SEM形貌图显示TiO2薄膜表面粒子疏松,晶粒多在20nm～30nm之间.另外研究了Fe3+掺杂对TiO2薄膜光学吸收性能的影响.

混晶纳米TiO_2薄膜光催化降解亚甲基蓝

以钛酸四丁酯为原料采用浸渍提拉法在普通瓷片表面制备TiO2混晶薄膜,用XRD对薄膜进行表征,选用亚甲基蓝催化降解考察TiO2混晶薄膜的催化能力,探讨了紫外光光照强度、亚甲基蓝初始浓度和pH对光催化降解的影响。结果表明:600℃煅烧4h可制备金红石为13.2%的混晶薄膜,平均粒径为22nm;初始浓度在0.313～0.937mg/L,催化反应符合一级动力学方程,半衰期随初始浓度的增加而减小;在光照强度为40W和pH为13时降解率为45.6%,并可多次重复使用。