染料敏化太阳能电池中的纳米TiO_2多孔膜研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的工作原理;综述了应用于DSSC的纳米TiO2多孔膜制备方法以及掺杂改性方法。最后对用于DSSC的纳米TiO2多孔膜的发展方向进行了分析与展望。

阳极氧化疏松钛膜制备高光催化活性的透明TiO_2纳米多孔涂层

采用磁控溅射法在玻璃基底上制备出一层特殊结构的Ti膜,该钛膜经过电化学阳极氧化和退火工艺处理,可直接在玻璃基底表面形成一层具有高光催化活性的透明TiO_2纳米多孔涂层(简称TNP涂层)。利用XRD和SEM对TNP涂层的结构和形貌特征进行了表征。利用紫外可见分光光度计、接触角测试仪以及划痕测试仪对该涂层的透光率、浸润性、结合力进行了测试。最后,通过降解亚甲基蓝溶液对该涂层的光催化活性进行了评价。结果表明:制备的TNP涂层具有疏松多孔结构,退火后可形成锐钛矿相,透光率在可见光范围内达到80%以上,表面具有超亲水性(接触角<6°),与玻璃基底间的结合力为2.9N;2h内对浓度为1×10-5 mol/L的亚甲基蓝溶液降解率可达到94%,光催化反应速率常数为1.47h-1。

纳米多孔TiO_2薄膜制备工艺对其光学性能的影响

目的制备高效光催化薄膜，研究制备工艺对甲基橙水溶液光催化活性的影响。方法利用溶胶．凝胶技术在钠钙玻璃表面制备多孔纳米TiO2薄膜，用TEM，XRD，UV-VIS，AFM等技术对薄膜微结构进行表征。结果TiO2薄膜表面均匀，连续性好，颗粒粒径大约为17nm左右，孔洞平均大小为25nm左右，膜表面的粗糙度（RMS）大约为2～3nm左右。4500C退火处理的样品出现锐钛矿和金红石的混晶结构，锐钛矿的含量为66％，晶粒尺寸为28．8nm。随着退火时间的加长，紫外吸收峰“蓝移”，TiO2薄膜材料的带隙宽度变窄，扩大了光吸收范围。结论用工艺1制取的TiO2薄膜的光催化活性优于工艺2；450℃是合适的退火处理温度。

纯钛及其合金表面纳米多孔TiO_2膜的制备研究

在含有HF酸和C rO3的电解液中,恒压直流阳极氧化法可以在TA 1和TC 4表面分别制备获得纳米多孔T iO2膜。各阳极氧化参数对于纳米多孔膜的宏观形貌、微观结构等都有着重要的影响。随着阳极氧化电压的增高,纳米多孔T iO2膜的平均孔径值和氧化膜厚度也随之增大;随着氧化时间的延长,氧化膜的厚度在一定范围内不断增厚,当达到极限值后保持不变;在较高电压下,随着氧化时间的延长,纳米多孔T iO2膜的平均孔径值明显增大;在较低电压下,随着氧化时间的延长,纳米多孔T iO2膜的平均孔径值没有明显的变化。试验表明纳米多孔T iO2膜的生长过程强烈依赖于电场支持下电解液对钛基体的溶解过程(即场致溶解过程)。

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。

掺杂TiO_2的纳米多孔SiO_2薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法、分子模板法及旋转涂覆法在硅衬底上制备掺杂TiO_2的SiO_2薄膜,并采用差热分析(DSC-TGA)、红外吸收光谱(FTIR)、X射线衍射、小角衍射(SAXS)、原子力显微镜(AFM)、台阶仪(Atomic-Profiler)以及纸擦拭法(paper-wiping method)和胶带剥离法(adhesive tpe-stripping method)对薄膜的性能进行了分析与表征,结果表明,薄膜的最佳热处理温度为400℃,所制备的掺杂TiO_2的SiO_2薄膜为多孔结构的无定形态,具有较好的机械性能,平均孔径随着膜层的增加而减小,一层膜和两层膜的平均孔径分别为87.4nm和62.8nm,厚度分别为538.7 nm和1032.3nm。

纳米多孔TiO_2膜的晶化处理及其热稳定性研究

通过恒压阳极氧化法在HF酸和CrO3的混合电解液中,在纯钛TA1和钛合金TC4表面分别制备了纳米多孔无定型TiO2膜。研究了TA1和TC4表面无定型TiO2膜在空气中热处理的组织转变过程。TA1试样表面的纳米多孔TiO2膜在250℃左右出现锐钛矿相,480℃左右出现金红石相,在600℃左右锐钛矿相向金红石相的转变基本完成,孔结构在600℃左右基本消失;TC4试样表面的纳米多孔TiO2膜在310℃左右出现锐钛矿相,600℃左右出现金红石相,在680℃左右锐钛相向金红石相的转变基本完成,孔结构在700℃左右基本消失。TC4试样表面的氧化膜所含合金元素Al和V,对上述结晶转变温度和孔结构存在的最高温度的差别存在重要影响。

纳米多孔TiO_2薄膜的合成及其光电化学性能

采用溶胶-凝胶、水热合成、旋转涂覆等方法制备了纳米多孔TiO2薄膜。以扫描电镜、X射线衍射等手段,分析了不同纳米多孔TiO2薄膜的结构。通过比较不同薄膜制作的染料敏化太阳能电池性能,寻求不同方法所制备薄膜对DSC性能的影响因素。实验结果表明,旋转涂覆法所制备的染料敏化太阳能电池具有较高的光电化学性能,在50mW/cm2的模拟光照下(AM1.5)开路电压为0.696V,短路电流为6.19mA/cm2,填充因子为0.584。

多孔TiO_2纳米薄膜的制备及PEG对其表面形貌的影响

用溶胶-凝胶法制备了多孔TiO_2纳米薄膜修饰的镍基电极。用STM观察了TiO_2纳米薄膜的表面形貌。由STM知,随烧结温度升高和PEG(聚乙二醇)含量增加,TiO_2纳米薄膜表面孔穴的数量增加,孔径增大。

Fe^(3+)/TiO_2多孔纳米薄膜的制备与光催化活性的研究

本研究采用溶胶 凝胶法制备含铁离子的二氧化钛多孔纳米薄膜,并将其作为光催化剂,光降解反应结果表明,含铁二氧化钛复合纳米薄膜的光催化活性明显提高.光电化学研究表明,铁离子可以形成电荷陷阱,促进空穴的界面传递反应,从而提高了光催化活性.

多孔矿物负载纳米TiO_2光催化降解高浓度有机废水的研究进展

详细介绍了纳米TiO2的紫外光与可见光光催化机理,综述了三维孔结构矿物负载纳米光催化材料、二维层状孔结构矿物负载纳米光催化材料、一维管状孔结构矿物负载纳米光催化材料的国内外研究进展,展望了纳米TiO2光催化技术降解高浓度有机废水的应用前景。

多孔TiO_2/FTO纳米有序阵列膜的可控生长研究

用脉冲激光沉积(PLD)技术在导电玻璃(FTO)衬底上沉积Ti膜,采用电化学阳极氧化方法,细致研究了FTO衬底上多孔TiO2纳米有序阵列膜的可控生长.结果表明,恰当的阳极电压对形成高度有序、孔径均匀的多孔TiO2/FTO阵列膜至关重要;通过优化的工艺参数,借助阳极氧化过程中各阶段电流-时间(I-t)曲线的准确判断,可实现对多孔TiO2阵列膜生长过程的有效控制,制备出高质量的多孔TiO2/FTO阵列膜.

聚3-甲基噻吩修饰硫化物量子点连接纳米结构TiO_2膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO2膜上制备了量子点CdS,PbS(Q-CdS,Q-PbS),并用电化学方法在TiO2/Q-CdS,TiO2/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene,PMeT)].用光电化学方法研究了PMeT修饰Q-CdS,Q-PbS连接TiO2纳米结构膜,实验结果表明,PMeT和Q-CdS,Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-CdS,Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动;一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO2的光电转换效率有明显的提高;聚3-甲基噻吩(PMeT)与Q-CdS,Q-PbS连接的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结.在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离,在本文实验条件下PMeT修饰Q-CdS,Q-PbS连接纳米结构TiO2电极最高的单色光的光电转换效率分别为11%和7%.

敏化TiO_2多孔薄膜电极的制备及其光电化学研究

以β环糊精(β-CD)为添加剂,通过改变β-CD的添加量,水热法制备多孔二氧化钛粒子,用XRD、N2adsorption-sorption等方法对其进行了表征.同时,利用这些颗粒制备出不同微观结构的纳米TiO2多孔薄膜,并利用电化学阻抗谱、光电流工作谱研究其敏化纳米TiO2多孔薄膜电极的光电化学行为.结果表明:随β-CD的加入量逐渐增加,电极的阻抗弧半径和TiO2/电解质溶液界面的转移电阻Rct数值逐渐变小、电容CPE数值及光电流IPh逐渐增大,当β-CD/TiO2=40%时,上述几个参数均为最佳值.

卟啉衍生物敏化纳米TiO_2多孔膜电极的光电性质研究

采用中位-四[邻-(3-磺酸基丙氨基)苯基]卟啉(TArP1)和中位-四[对-(3-磺酸基丙氨基)苯基]卟啉(TArP2)分别对纳米TiO2多孔膜电极进行敏化。对两种敏化电极进行了UV-V is光谱测试,结果表明,TiO2与TArP2的作用比与TArP1的作用强。在相同浸泡条件下,TiO2电极吸附TArP2的量大于吸附TArP1的量。将两种敏化电极分别组装成光电化学电池,从光电化学电池的I-V曲线计算TArP2敏化的光电化学电池的总光电转换效率(η)为0.15%,而TArP1敏化的光电化学电池的η为0.09%。

多孔纳米TiO2的水热法制备及其光催化性能研究

将TiCl4溶液和HF溶液混合,在不同温度条件下(120℃、160℃和180℃)水热反应16 h制备出不同温度下水热合成的多孔纳米TiO2样品。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜图(TEM)、高分辨透射电子显微镜图(HRTEM)和比表面积(BET)对多孔纳米TiO2样品的结构和形貌进行了表征。结果表明:不同温度下水热合成的多孔纳米TiO2样品都是单纯的锐钛矿相晶体结构。多孔纳米TiO2样品的平均晶粒尺寸随着水热反应温度的提高而明显逐步增大。单个120℃制备下的多孔纳米TiO2纳米颗粒上有许多个细小的孔结构,暴露的为锐钛矿相的{101}晶面。多孔纳米TiO2样品对降解结晶紫都表现出优秀的光催化性能,其中光催化活性最高的为120℃下制备的样品,30 min结晶紫的降解率高达88.4%。

纳米晶TiO_2敏化多孔膜电极的光电化学研究

合成了RuL2 (SCN) 2 (L =2 ,2’ -bipyridine- 4 ,4’ -dicarboxylicacid )及电化学聚合了聚吡咯 ,将其作为敏化剂修饰在TiO2 纳米晶多孔膜电极上 ,用光电化学方法研究了纳米晶TiO2 /敏化剂多孔膜电极的光电转换机理 ,系统研究了两类敏化剂对光致电荷转移的影响 ,并比较了两类敏化复合电极的光电转换效能。用染料或聚吡咯修饰纳米晶多孔膜电极后 ,可使该复合电极在可见光区吸收增加、光电流增强、光电响应波长红移 。

抗体固载于TiO_2多孔膜的压电免疫型细菌传感器

在镀银的压电石英晶体上沉积一层TiO2纳米粒多孔膜,用3 氨丙基三乙氧基甲硅烷将其活化后,借助于戊二醛实现了特异性抗体(抗肠道沙门氏菌抗体)在压电石英晶体上的有效固载,并用于肠道沙门氏菌的快速检测。其检测下限为4×104cells mL,检测时间为30min。可用于价格低廉的镀银石英晶体,有望成为开发一次性压电型免疫检测探头的有效方法。

基于正交试验法TiO_2纳米薄膜的制备及光电性能的研究

以商业TiO2纳米粉(P25)为原料,将其充分研磨得到胶体,用刮涂和热处理的方法在氟掺杂氧化锡导电玻璃基底上制备TiO2纳米多孔薄膜阳极,并组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。对TiO2膜进行X射线衍射、扫描电镜表征分析,并对所制备的DSSC进行光电性能测试。采用正交实验设计优化制备TiO2胶体时乙酰丙酮、OP乳化剂、蒸馏水的量和研磨时间,并讨论其对DSSC性能的影响。用在最优参数下所得胶体制备的DSSC的光电转换效率最高,约为4.51%。

不对称菁染料敏化纳米TiO_2的光生电流过程

用光电化学方法研究了不对称菁类染料敏化TiO2 纳米结构电极的光电转换过程 .结果表明 ,该染料的电子激发态能级位置与TiO2 纳米粒子导带边位置匹配较好 ,光激发染料后 ,其激发态电子可以注入到TiO2 纳米多孔膜的导带 ,从而使TiO2 纳米结构电极的吸收光谱和光电流谱红移至可见光区 ,其IPCE(Incidentphoton to electronconversionefficiency)值最高可达 84.3 % .并进一步结合现场紫外 可见吸收光谱研究了外加电势对激发态染料往TiO2