TiO_2纳米多孔薄膜结构与光电化学性能相关性的研究

采用二步电压氧化法制备了两组孔径及孔密度不同的TiO_2纳米多孔薄膜,利用电化学测试方法对制备出的TiO_2纳米多孔薄膜的开路电位-时间曲线、交流阻抗谱图以及计时电流曲线进行了测试,研究了多孔薄膜材料的孔径及孔密度对材料光电化学性能以及比表面积的影响。结果表明,制备出的具有不同孔径和孔密度的试片在光照情况下的电化学反应电阻均明显下降,相关电化学反应更容易发生;增大薄膜材料的比表面积有利于提高其光电性能,性能最佳的薄膜材料的孔径为103 nm,孔密度为10×10~8个/cm~2。     

阳极氧化法制备TiO_2多孔薄膜及其光电化学性能研究

采用二步电压氧化法制备了TiO2多孔薄膜,并采用单向脉冲的电化学附载方式在制备好的TiO2多孔薄膜上进行了光敏剂5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)的附载。采用电化学测试法探讨了阳极氧化参数以及光敏剂TCPP的电化学附载对TiO2多孔薄膜光电化学性质的影响。结果表明,最佳的TiO2多孔薄膜阳极氧化参数为:氧化电压70~140 V,氧化θ为25℃,硫酸电解液的浓度是0.5 mol/L,氧化t为60 min。研究结果还表明,单向脉冲的电化学附载方式确实可以实现TCPP在TiO2多孔薄膜上的附载,附载后的薄膜的光电化学性能有明显提高。     

电压施加方式对阳极氧化TiO2纳米孔薄膜形貌的影响

采用阳极氧化的方法,以金属钛为基体在硫酸水溶液中于室温下制备了二氧化钛纳米孔薄膜。研究了电压施加方式对二氧化钛纳米孔薄膜的微观形貌及结构的影响。结果表明,二氧化钛纳米孔的结构与外加电压施加方式有很大关系,采用"连续加压至120-140V"方法可制备出孔径为141 nm,孔径分布最为均匀的二氧化钛纳米孔薄膜。     

TiO_2纳米孔薄膜负载meso-四(4-甲氧基苯基)卟啉的正交优化

先采用阳极氧化法,以两步施加电压的方式在钛片表面制备了具有纳米孔结构的TiO_2薄膜。然后采用周期换向脉冲电沉积法将光敏剂meso-四(4-甲氧基苯基)卟啉(TPMP)负载到TiO_2纳米孔薄膜上。通过电化学阻抗谱和有无光照下的开路电位-时间曲线测试来分析TPMP负载的薄膜的光电性能。以电化学反应电阻Rr和有无光照下的开路电位变化量Δφoc为指标,利用正交试验研究了溶液温度、平均电流、负载总时间、正/反向占空比和正/反向脉冲时间对TPMP负载的TiO_2薄膜光电性能的影响。结果表明,影响占主导的因素为溶液温度、正向占空比和平均电流,其次为负载总时间、反向脉冲工作时间和反向占空比,影响最小的是正向脉冲工作时间。最佳的负载工艺参数为:溶液温度45℃,平均电流60 mA,正向占空比20%,反向占空比50%,正向脉冲工作时间80 ms,反向脉冲工作时间5 ms,负载总时间40 min。该条件下所得TPMP负载的TiO_2纳米孔薄膜在有无光照下的开路电位变化量最大,有光照下的电化学反应电阻最小。     

钛阳极氧化过程中直接附载光敏剂工艺研究

基于电化学阳极氧化的方法,将光敏剂直接附载到具有纳米孔的阳极氧化钛薄膜上。将金属钛作为阳极,在添加了光敏剂5,10,15,20-对四羧基四苯基卟啉的硫酸水溶液中进行阳极氧化,制备出附载了光敏剂的具有纳米孔结构的敏化氧化钛薄膜。通过对附载前后氧化钛薄膜荧光、紫外等光谱特性表征,结果表明,电压、温度等因素对敏化氧化钛薄膜的光谱性质有很大的影响。     

二氧化钛包覆氧化锌纳米阵列光阳极的制备与性能

采用直流反应磁控溅射工艺,在ZnO纳米阵列的表面实现TiO2包覆,作为染料敏化太阳能电池光阳极,研究TiO2--ZnO核壳结构的形成机理和制备工艺对其光电性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪表征光阳极材料的成分与结构。测试电池组件的伏安特性曲线、电压-时间曲线和电化学阻抗谱,分析TiO2包覆对电子传输性能和光电转换效率的影响机理。结果表明:磁控溅射制备的TiO2颗粒完整地包覆ZnO纳米阵列,使得纳米棒表面形貌由六棱柱向圆柱状转变,间隙变窄,直径较ZnO纳米阵列有所增加,阵列有序度得到改善。随着延长染料吸附时间和TiO2包覆,光阳极界面电子传输阻抗显著增加,光生电子的寿命也得到提高。经过包覆的光阳极能够作为阻挡层钝化表面缺陷,抑制复合的发生,从而提高开路电压和填充因子。经过包覆的光阳极其光电转换效率相对于纯ZnO纳米阵列提高了132%。     

电压施加方式在阳极氧化钛薄膜形成过程中的作用

采用阳极氧化的方法，通过改变电压的施加方式制备了具有不同形貌的氧化钛薄膜。使用扫描电子显微镜考察了氧化钛薄膜的形貌，结合实验现象探讨了阳极氧化钛薄膜纳米孔的形成机制。研究结果表明，采用一步施加电压和连续施加电压的方法，氧化钛薄膜纳米孔的形成过程由电压、阻挡层的厚度决定;采用两步施加电压的方法，氧化钛薄膜纳米孔的形成过程由放电电压、阻挡层的厚度和阻挡层/电解液的边界条件协同控制。在相同工艺条件下，采用两步施加电压法能够扩展阳极氧化钛薄膜纳米孔孔径和孔密度的范围。     

TiO2多孔薄膜电极的制备,微结构及光电化学性能研究

ＴｉＯ２多孔薄膜电极的制备、微结构及光电化学性能研究＊王维波李学萍肖绪瑞＊＊（中国科学院感光化学研究所光电化学中心，北京１００１０１）关键词ＴｉＯ２薄膜电极，多孔性，光电流响应近年来，半导体纳晶多孔薄膜作为一类重要的纳米结构材料，其光电化学性质及功能...     

WO3/Bi2WO6复合薄膜的制备及其光电化学性能

以导电玻璃为基底采用水热法制备了WO3纳米片薄膜,再通过溶剂热法改变不同溶剂热反应时间(6、8和10 h)在WO3纳米片薄膜上生长Bi2WO6制备了WO3/Bi2WO6复合薄膜.利用XRD、SEM、UV-Vis、光电流、光电催化和交流阻抗对WO3/Bi2WO6复合薄膜的结构和光电性能进行表征与测定.结果表明,WO3纳米片薄膜的光电流密度为0.74 mA/cm2,对质量浓度为6.0 mg/L亚甲基蓝的光电催化效率为47.9％.不同WO3/Bi2WO6复合薄膜的光电化学性能均优于单一WO3纳米薄膜,且溶剂热反应时间为8 h的WO3/Bi2WO6复合薄膜具有最高的光电流密度(1.22 mA/cm2)和最优的光电催化效率(58.6％).WO3/Bi2WO6复合薄膜有效降低了复合薄膜内部电子阻抗,增加了有效光电化学反应位点,显著提升了光电化学性能.     

染料敏化太阳能电池光阳极制备及其应用

本文采用二氧化钛(P25),粘结剂及溶剂,研磨数小时得到均匀分散的纳米二氧化钛浆料,通过涂布法在FTO导电玻璃衬底上制备了光阳极,并用其组装成染料敏化太阳能电池。经过优化二氧化钛和粘结剂的比例,得到平整、致密、均匀的二氧化钛薄膜。对二氧化钛薄膜进行FTIR、SEM和光学显微镜表征,并对组装电池进行光电性能测试,研究了二氧化钛浆料不同制备条件对太阳能电池性能的影响。结果表明,二氧化钛粉末和粘结剂质量比为4∶3时,制备的二氧化钛浆料稳定性高;涂布厚度为20μm时,电池性能较好。组装的染料敏化太阳能电池在100mW/cm2模拟太阳光照下,光电转换效率达到2.51%。     

电化学氟化提高TiO_2薄膜光电催化性能

为了提高二氧化钛(TiO_2)薄膜光电性能,采用电化学氟化制备氟化二氧化钛薄膜(F-TiO_2),优化电压、时间、氟离子浓度对F-TiO_2光电性能的影响,考察F-TiO_2薄膜光电催化As(Ⅲ)和苯酚的性能,并测试F-TiO_2薄膜光吸收性质,F-TiO_2在400℃焙烧后光电流以及TiO_2薄膜电极在含氟水溶液中光电流,分析F-TiO_2光电催化性能提高的原因。结果表明:最佳氟化条件为10 V、5 min、0.5%NaF;在0.8 V,N2条件下,F-TiO_2稳态光电流提高约2.6倍;在0.8V,空气条件下,光电催化As(Ⅲ)和苯酚速率提高2.0倍左右。电化学表面氟化形成化学键氟可能是提高TiO_2光电催化性能的主要因素。     

电压对钛阳极氧化薄膜形貌的影响

采用两步施加电压的阳极氧化方法制备了具有不同形貌的氧化钛薄膜,使用扫描电子显微镜对在不同初始电压、不同放电电压下制备的氧化钛薄膜的形貌进行了分析。结果表明,在相同的放电电压下,通过改变初始电压可以制备出具有不同平均孔径和平均孔密度的阳极氧化钛薄膜;在一定的初始电压下,放电电压有一定的极限值,超过这个极限值电极将被烧毁;在初始电压60V,放电电压140V条件下制备的阳极氧化钛薄膜的纳米孔最规整、分布最均匀、孔径最均一。     

Fe^3＋／TiO2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。     

CdS量子点敏化ZnO纳米片的制备与光电性质

采用电化学沉积法在透明导电玻璃(FTO)基底上制备氧化锌(ZnO)纳米片,用KOH溶液刻蚀ZnO纳米片,得到多孔纳米片薄膜,再用化学浴沉积法(CBD)使CdS量子点沉积在ZnO纳米片表面,得Cd S敏化的多孔ZnO纳米片薄膜。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、电化学工作站研究了复合薄膜的晶体结构、形貌和光电性能。结果表明:KOH溶液刻蚀后的多孔ZnO纳米片光阳极的光电化学转换性能比ZnO纳米片有了明显的提高,光电化学转换效率随着刻蚀时间的延长先增大后减小,刻蚀时间30 min时,样品的光电转换效率提高为原来的7.2倍。多孔ZnO纳米片用Cd S量子点敏化后,Cd S量子点可以紧密、均匀地生长在多孔ZnO纳米片表面,并与ZnO纳米片形成异质结,其光电转换效率均有大幅度的提高,刻蚀60 min时的复合薄膜的光电转换效率最高,为1.176%,为量子点敏化太阳能电池的潜在应用提供实验基础。     

硫化镉复合二氧化钛纳米管阵列光电化学研究

采用阳极氧化法在钛片表面制备出了内径约70 nm,管壁厚度约30 nm的整齐有序的TiO_2纳米管列阵,而后通过浸渍法得到Cd S复合的TiO_2纳米管阵列。XRD和SEM分析样品晶型以及形貌特征的结果表明,随着浸渍次数的增加,TiO_2纳米管阵列上复合的CdS的量也随之增加。利用电化学工作站测定样品光电转化性能,结果表明,在TiO_2纳米管阵列上适量地复合CdS可以有效提高其光电转化效率,并且在浸渍次数为2次时,复合TiO_2纳米管阵列具有最佳光电化学性能,与纯二氧化钛纳米管的光电流为0.26 m A/cm~2,太阳光转化率为0.95%相比较,其光电流可达到0.58 m A/cm~2,太阳光转化率可达到4.02%,分别高于纯二氧化钛纳米管的2倍和4倍。     

纳米二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能

采用水热法制备了纳米二氧化钛溶胶,然后采用旋涂法制备了其纳米薄膜。通过X-射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对样品进行了表征;XRD结果表明:通过控制反应条件可以制备不同晶型的纳米二氧化钛。AFM的表征结果表明:所制备的混晶型二氧化钛粒径在32 nm以下,锐钛矿型的二氧化钛粒径在4 nm以下,掺杂二氧化硅的二氧化钛粒径在160 nm以下,掺杂负离子粉的二氧化钛粒径在10 nm以下。对甲基橙的降解实验表明:掺杂负离子粉的二氧化钛的光催化性能最好。     

阳极氧化法制备TiO_2薄膜及光电化学性能研究

采用阳极氧化法,分别以稀硫酸溶液和氟化钠-乙二醇-水溶液为电解液,在钛片上制备纳米TiO_2薄膜。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对纳米TiO_2的形貌及结构进行表征,并通过瞬态光电流谱、光电压-电流及交流阻抗谱测试纳米TiO_2电极的光电化学性能。结果表明,稀硫酸电解液中制备的TiO_2为层状堆积结构。在氟化钠-乙二醇-水溶液中制备的TiO_2为多孔状结构,具有优良的光电化学性能,其光电转化率可以达到1.02%。     

石墨烯/二氧化钛的制备及钙钛矿太阳能电池性能研究

具有钙钛矿结构的有机-无机杂化卤化物太阳能电池,由于制作成本低、光电转化效率高,受到了广泛的关注和研究。目前限制光电转化效率的因素之一是产生的电子、空穴复合概率大。实验采用水热法制备石墨烯/二氧化钛薄膜,并制备得到钙钛矿太阳能电池。采用XRD、SEM、电压-电流曲线做了表征。研究结果表明,石墨烯/二氧化钛可以有效增加太阳能电池的电流密度及填充因子,可以将钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提高50%。电化学阻抗研究表明,石墨烯/二氧化钛薄膜可以减少电子与空穴的复合概率。     

SnO_2/RGO复合光阳极的制备及其对染料敏化太阳能电池性能的影响

采用原位化学法合成不同质量比的SnO_2/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料,通过溶胶-凝胶法制得SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极。经N3染料浸渍,与Pt对电极,I~-/I_3~-电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。对SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极结构进行分析,通过伏安特性曲线分析了电池的光电性能。结果表明:石墨烯有利于提高SnO_2基DSSC的光电性能。当GO与SnCl_2·2H_2O的质量比为0.20时,电池的性能最优,短路电流密度(J(sc))和开路电压(U_(oc))分别达到15.56 mA/cm~2和0.56 V,光电转换效率为4.58%。并研究了SnO_2/RGO复合材料对光阳极的电子传输和光电转换效率的影响机制。     

Sb掺杂二氧化钛光电极的制备与性能研究

采用水热法制备了Sb掺杂的二氧化钛纳米棒(Sb-TNR)光电极材料,分析了TNR和Sb掺杂TNR的微观结构和光电化学性能。结果表明,Sb部分取代了TNR中Ti的位点,从而形成Sb均匀掺杂的Sb-TNR晶体结构。TNR和Sb-TNR具有较好的光电流稳定性,且Sb掺杂有助于提升电荷转移效率和提高光电催化效率与光电活性,Sb-TNR具有更好的光电化学性能。掺杂Sb的TNR的光电流密度要高于未掺杂Sb的TNR,且掺杂5%Sb的TNR具有最高的光电流密度,即具有最佳的光电响应特性。