基于介孔TiO_2/石墨烯修饰的TiO_2纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池（英文）

本工作制作了基于介孔TiO2/石墨烯修饰的TiO2纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池,并进行表征。光阳极结合了介孔TiO2的高染料吸附率,TiO2纳米线的高载流子传导率和石墨烯的高电子收获能力等优点,使器件光电转换效率有了很大的提高。制作出的染料敏化太阳能电池光电转换效率高达7.58%,比纯纳米线制作的电池约提高了1.5倍,在拥有相似一维结构的染料敏化太阳能电池中具有较大优势。     

密度可控的TiO2纳米线束阵列合成及其在量子点敏化太阳能电池上的应用

采用水热合成技术, 以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物, 直接在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成了具有金红石结构的TiO₂纳米线束阵列。通过改变反应前驱物中钛酸丁酯的添加量, 实现了对TiO₂纳米线束阵列密度的调控。以TiO₂纳米线束阵列为光阳极、CdS为敏化剂, 组装了量子点敏化太阳能电池器件, 并研究了纳米线束阵列的密度对电池光伏性能的影响。结果表明: 纳米线的密度过高或过低均不利于电池光伏性能的提高。纳米线的优化密度为11.8×10⁶ /mm², 此时电池的光电转换效率达到了0.947%。     

Nb2O5包覆对TiO2纳米阵列/上转换发光复合结构柔性染料敏化太阳能电池性能的影响

采用水热法与旋涂法, 成功制备出基于钛网基底的TiO₂纳米线阵列/Yb-Er-F掺杂TiO₂上转换发光纳米粒子(TNWAs/YEF-TiO₂-UCNPs)复合结构光阳极, 并将其组装成柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)。探讨了Yb-Er-F掺杂TiO₂上转换发光纳米粒子的光学性能对复合结构DSSC光电转换性能的影响, 在此基础上系统研究了不同NbCl₅浓度包覆对复合结构形貌和DSSCs性能的影响。结果表明：Yb-Er-F掺杂TiO₂上转换发光纳米粒子的引入可以增大光阳极的入射光利用范围, 但同时也会增加其内部的电子复合。通过Nb₂O₅纳米粒子层的包覆可以在半导体/电解液界面形成能量势垒, 增加复合阻抗R_rec, 抑制电子复合; 提高电子收集效率η_ec和光生电子寿命τ_e, 进一步增大短路电流和开路电位, 最终提高电池的光电转换效率。采用20 mmol/L的NbCl₅乙醇溶液旋涂制备的Nb₂O₅@TNWAs/YEF-TiO₂-UCNPs复合结构柔性DSSC获得了最佳的光电转换效率(6.89%), 比未经包覆的TNWAs/YEF-TiO₂-UCNPs复合结构提升了24.3%。     

基于二氧化钛纳米管的染料敏化电池光阳极研究

本文报道了一种基于二氧化钛(TiO₂)纳米管的染料敏化太阳能电池。用二次阳极氧化法在钛箔上生长出高度有序的TiO₂纳米管薄膜, 然后将完整剥落的纳米管薄膜结合TiO₂纳米颗粒的浆料转移到掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃(FTO)基底上, 从而获得一种特殊的染料敏化光阳极。对比了不同长度的TiO₂纳米管的电池性能, 发现经TiCl₄处理长度为32.8 μm的TiO₂纳米管对应的电池表现较好的光电转换效率, 达到4.15%。通过X射线衍射分析了高温退火对纳米管晶化结构的影响。电化学阻抗谱分析表明: 光电子传输对光阳极纳米管层厚依赖性强, 随着纳米管长度的增长, 界面电阻呈明显的减小, 这一结果对于理解和进一步改善染料敏化电池光阳极内部电子输运过程具有重要意义。     

碳掺杂TiO2纳米管电极的简易制备及其光电化学性能

通过阳极氧化方法制备了TiO₂纳米管薄膜, 在NaHCO₃存在下对该薄膜进行热处理得到碳掺杂TiO₂(C-TiO₂)纳米管薄膜, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和Mott-Schottky等方法对得到的薄膜进行表征。XRD结果表明C-TiO₂纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型; SEM结果显示薄膜存在纳米管结构; XPS分析表明C-TiO₂纳米管薄膜中的C以替代型掺杂形式进入到TiO₂晶格中; 光电化学性能测试显示, 相对于TiO₂纳米薄膜, C-TiO₂阻抗减小, 平带电位由-0.28 V负移至-0.38 V, 具有更好的紫外-可见光和可见光响应, 紫外-可见光下的光电流是未掺杂的1.7倍。利用阳极氧化的Ti丝作为光阳极和Pt丝作为对电极组装了染料敏化太阳能电池并进行了性能测试, 结果表明, 经过碳掺杂的Ti /TiO₂丝为光阳极电池的短路电流密度和电池效率分别达到0.17 mA/cm²和3.8%, 较未掺杂的Ti/TiO₂丝为光阳极的电池的短路电流密度和电池效率均增大, 表明适量的碳掺杂有利于提高电池效率。     

TiO2介孔薄膜电阻对染料敏化太阳能电池光电转换性能的影响

TiO2介孔薄膜的电阻可能是影响染料敏化太阳能电池光电转化效率的主要因素之一.设计了一种可用于测试TiO2介孔薄膜电阻的方法,研究了2种不同电阻值的TiO2介孔薄膜的电阻变化规律和2种TiO2介孔薄膜组装的染料敏化太阳能电池(DSC)的光电转换性能.结果显示,采用低电阻的TiO2薄膜光电极有利于DSC光电转换效率的提高.     

石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池

以三维锐钛矿TiO₂微球为上层光散射层材料, 以商业纳米TiO₂为下层连接材料, 采用刮刀法制备了一种新颖的双层TiO₂薄膜, 并应用于量子点敏化太阳能电池(QDSSC)。其中, 石墨烯量子点(GQDs)采用滴液法引入, CdS/CdSe量子点采用连续离子层吸附法(SILAR)制备。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱对样品进行表征。实验还制备了CdS/CdSe量子点敏化及石墨烯量子点/CdS/CdSe共敏化太阳能电池, 并研究了石墨烯量子点及CdS不同敏化周期及对电池性能影响。研究结果表明, 石墨烯量子点及CdS不同敏化周期对薄膜的光学性质、电子传输及载流子复合均有较大影响。优选条件下, TiO₂/QGDs/CdS(4)/CdSe电池的光电转换效率为1.24%, 光电流密度为9.47 mA/cm², 显著高于TiO₂/CdS(4)/CdSe电池的这些参数(0.59%与6.22 mA/cm²)。这主要是由于TiO₂表层吸附石墨烯量子点后增强了电子的传输, 减少了载流子的复合。     

硫化亚锡敏化纳晶TiO2膜的制备及光电性能研究

采用简单的离子交换沉积法制备了SnS敏化的纳晶TiO₂光阳极。通过SEM、XRD、UV-Vis等手段对光阳极的表面形貌, 晶态结构, 紫外-可见吸收和散射性能进行表征。并分别以聚苯胺和铂为催化剂制备对电极, 以含碘氧化还原电对和硫氧化还原电对溶液为电解质, 组装SnS敏化太阳能电池, 对其光电性能进行研究。通过比较不同光阳极、电解质和对电极的组合, 发现用光阳极为离子交换沉积9次SnS的纳晶TiO₂膜, 对电极为聚苯胺不锈钢网压片膜, 电解质为含硫氧化还原电对溶液组装的太阳能电池光电性能最佳, 其短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率分别达到4.59 mA/cm²、0.547 V、0.505和1.27%。     

性能增强的双层TiO2复合膜染料敏化太阳能电池

采用水热法制备了一维TiO₂纳米棒阵列、二维TiO₂纳米片和三维TiO₂微球。将TiO₂纳米棒阵列/纳米片-微球双层薄膜应用于染料敏化太阳能电池(DSSC), 研究了TiO₂纳米片与微球的质量比对电池光电性能的影响。采用场发射扫描电镜、氮气吸附脱附等温线、X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱和电化学阻抗谱对样品进行了表征。研究表明, 纳米片与微球的质量比显著影响膜电极的光学和电学特性, 以及电池的光电性能。含50wt% TiO₂纳米片膜电极具有最高的染料吸附量、最强的光吸收、最小的传输电阻和最低的荧光强度。含25wt%、50wt%、75wt%和100wt%纳米片的DSSC的效率分别为1.46%、1.71%、1.26%和1.13%。含50wt% 纳米片的电池具有最优的性能, 这是因为该组分电极具有较好的光吸收特性、较小的载流子复合速率以及较快的电子传输。     

高长径比TiO2纳米管阵列的调控制备及其光阳极性能

采用较高粘度的有机溶液作为阳极氧化电解质溶剂制备了TiO₂纳米管阵列. 通过探讨阳极氧化工艺参数对纳米管形貌的影响, 研究出高长径比TiO₂纳米管阵列的制备工艺, 同时对TiO₂纳米管作为染料敏化太阳能电池光阳极的光电性能进行了测试, 并讨论了TiO₂纳米管的形貌对电池性能的影响. 结果表明：提高氧化电压和延长时间有利于获得高长径比纳米管, 在含0.5wt%NH₄F乙二醇电解质中50V氧化17h可制备出长径比为313.6的TiO₂纳米管阵列. TiO₂纳米管(在含0.5wt%NH4F乙二醇电解质中40V氧化13h)作为染料敏化太阳能电池光阳极可得到开路电压为0.723V、短路电流为2.15mA/cm²的光电性能.     

Pt掺杂介孔TiO_2/导电碳毡光电极的制备及光电催化性能

以四氯化钛为钛源、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂、氯铂酸为掺杂离子、导电碳毡为载体,通过水热合成法制得液晶-Pt离子-无机物钛前驱体溶液,在超声波辅助下采用浸渍提拉法进行负载,在氮气保护下焙烧得到导电碳毡负载铂掺杂介孔TiO_2(TiO_2-Pt/CCF)光电极,利用现代表征手段对材料结构进行表征。以苯甲醛为目标降解物,对材料的光电催化活性进行研究,并分析了光电协同机制。结果表明:介孔化处理提高了TiO_2-Pt/CCF的比表面积,增大了降解反应的有效面积和催化剂表面降解物浓度;金属离子掺杂引入了杂质能级,减小了TiO_2的能带隙,同时,Pt充当着光生电子-空穴捕获阱,阻止电子-空穴对的复合,提高了TiO_2-Pt/CCF的光电催化效率;TiO_2固载化提高了对目标降解物的吸附和表面电子转移。在多功能的协同改性下,TiO_2-Pt/CCF比无孔TiO_2/CCF和介孔TiO_2/CCF有更高的催化活性。     

WO3/TiO2复合薄膜的制备及其电致变色性能

使用水热法在掺氟SnO₂涂覆的导电玻璃（FTO）基板上生长TiO₂纳米线,随后在TiO₂纳米线上采用水热法生长WO₃纳米线,制备出WO₃/TiO₂复合薄膜。通过循环伏安法（CV）、计时电流法（CA）、计时电量法（CC）等电化学测试技术研究了WO₃/TiO₂复合薄膜的电致变色性能;采用紫外分光光度计对薄膜的着色﹑漂白状态的响应时间进行测试。通过以上测试,计算得到了薄膜的循环稳定性﹑光调制﹑着色效率和切换时间（Y和X）等参数。结果显示WO₃/TiO₂复合薄膜的电致变色性明显提高,其中WO₃/TiO₂复合薄膜可逆性增加了6%,着色效率提高了40.96 cm2/C。      

MoS2修饰TiO2纳米管阵列光电化学性能研究

通过阳极氧化法在乙二醇电解液中制备TiO₂纳米管阵列, 以钼酸钠和硫脲作为钼源和硫源, 并添加半胱氨酸为辅助剂, 水热法制备纳米花状二硫化钼修饰的TiO₂纳米管阵列。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和拉曼光谱对复合材料的晶型、形貌、物相等进行分析, 通过电化学工作站测试复合材料的线性扫描伏安曲线、电化学阻抗谱和莫特-肖特基曲线。结果表明: MoS₂/TiO₂复合材料形貌比较规整均匀, MoS₂纳米花尺寸约为200 nm; MoS₂与TiO₂复合有利于形成异质结, 促进光生电子和空穴的分离; 当钼酸钠浓度为0.8 mmol/L时制备的复合材料光化学能转化率为纯氧化钛的2.89倍, 达到了1.65%, 而且复合材料的电荷转移电阻降低了约50%, 光生载流子浓度提高了24倍, 达到了3.38×10²³ cm^-3, 具有非常优异的光电化学性能。     

Ag2Se量子点共敏化固态染料敏化太阳能电池光电性能研究

采用水相共沉积法制备Ag₂Se量子点(QDs), 并与染料共敏化制备固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)。考察了Ag₂Se量子点不同敏化方式(TiO₂/N719/QDs, TiO₂/QDs/N719)及敏化时间(0~5 h)对DSSCs性能的影响。通过透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱图(UV-Vis)对Ag₂Se量子点结构及光学性质进行了表征; 采用光调制光电流/电压谱(IMPS/VS)以及交流阻抗谱(EIS)对器件中载流子传输过程进行了研究。TiO₂/QDs/N719的电池器件比TiO₂/ N719/QDs具有更高的单色光量子转化效率(IPCE)及光电转化效率, 这是由于TiO₂/QDs/N719可以吸附更多的量子点和染料。随着Ag₂Se量子点敏化时间的延长, 光电转化效率先提高后降低, 最高达到3.97%。Ag₂Se量子点在器件中起到了阻挡层作用, 可以促进电子传输, 抑制电子-空穴复合。而随着量子点敏化时间超过2 h, 电子陷入陷阱的几率增加, 导致器件的光伏性能下降。     

N掺杂TiO2纳米纤维高可见光催化CO2合成甲醇

采用气相生长法在介孔SiO₂球的表面上制备了ϕ 8~10 nm的TiO₂纳米纤维, 采用相同的方法, 还成功地制备了氮掺杂的TiO₂(N-TiO₂) 纳米纤维, 它具有更高的可见光催化活性。采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外–可见分光光度计(UV-Vis)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行了测试分析。TiO₂纳米纤维具有高结晶度的锐钛矿晶型, 掺氮后的TiO₂纳米纤维带隙变窄, 在可见光波段有明显的吸收, 同时, 光生电子还原能力更强, 大大提高了可见光下催化还原CO₂合成甲醇的产率。在300 W氙灯光照2 h后, 用纯TiO₂纤维催化CO₂合成甲醇, 产率为493.4 μmol•g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 为0.089 h^-1; 以N-TiO₂为催化剂合成甲醇产率提高了40.1%, 达695.1 μmol∙g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 提高了40.4%, 为0.125 h^-1。     

两步水热法制备还原氧化石墨烯/纳米TiO_2复合材料及其光催化性能

为研究由还原氧化石墨烯(RGO)和具有高活性晶面的TiO_2组成的复合材料的制备方法及其光催化性能,首先采用两步水热法制备了RGO/纳米TiO_2复合材料:第1步为合成暴露高活性晶面的纳米TiO_2;第2步为将合成的纳米TiO_2与氧化石墨烯(GO)复合,形成RGO/纳米TiO_2复合材料。然后,利用XRD、SEM、X射线光电子能谱仪和紫外-可见漫反射光谱等手段对制备的暴露不同晶面的纳米TiO_2和RGO/纳米TiO_2复合材料进行了表征,评价了其光催化性能。结果表明:在水热法的第1步中,通过调节HF的浓度能可控制备出具有高活性的(001)和(101)晶面的纳米TiO_2,氟原子在纳米TiO_2中以物理吸附态和化学结合态这2种形态存在;在第2步后,GO与纳米TiO_2复合形成RGO/纳米TiO_2复合材料,同时在此过程中GO被转化成RGO。在紫外光照射下,两步水热法合成的RGO/纳米TiO_2复合材料具有很好的光催化性能,明显优于商用TiO_2(P25)和纳米TiO_2的。RGO/纳米TiO_2复合材料的光催化性能有明显的提高,RGO和TiO_2暴露的晶面对光催化活性有影响。     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。