Ag掺杂TiO2纳米晶粉体的制备及性能表征

以钛酸丁酯、无水乙醇、硝酸银等为原料,通过溶胶-凝胶法制备了不同Ag掺杂含量的TiO2纳米晶粉体,用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）检测分析了粉体的晶型转化、微观形貌和晶粒尺寸,用光致发光光谱（PL）表征材料的光电性能。结果表明,Ag掺杂后的TiO2纳米晶粉体的锐钛矿相比未掺杂Ag样品的含量有所增多,当Ag掺杂量为1%和3%时,锐钛矿的相对含量约为65%;随着Ag掺杂量的增加,锐钛矿晶粒尺寸逐渐减小;由TEM图像可知,Ag颗粒较为均匀地弥散在TiO2纳米晶粉体中;由PL荧光检测结果可知,Ag掺杂TiO2纳米晶粉体的荧光强度比未掺杂的TiO2纳米晶粉体的低。试验结果表明,Ag颗粒较为均匀地弥散在TiO2纳米晶粉体中,有利于在锐钛矿界（表）面形成Ti-O-Ag的键合,有效阻止锐钛矿向金红石的转变,同时抑制锐钛矿TiO2纳米晶粒的增长,Ag颗粒与TiO2纳米晶粉体接触形成肖特基势垒,加速光生电子由TiO2向Ag颗粒传输,减小光生电子与空穴的复合几率,从而提高TiO2纳米晶粉体的光电性能。     

纳米TiO_2的光催化机理及其影响因素分析

介绍了纳米TiO2光催化技术的研究进展,分析了纳米TiO2的光催化机理,详细论述了影响TiO2光催化活性的主要因素。研究发现,晶粒尺寸越小光催化活性越高;贵金属沉积可提高催化剂表面光生载流子的分离效率,能抑制电子与空穴的复合;半导体耦合有利于电荷分离,扩展对光谱吸收范围;掺杂金属可引起TiO2晶格发生位置缺陷,从而抑制电子与空穴的复合,改善光催化性能;掺杂非金属在抑制晶型转变、改变样品的光吸收率以及抑制光生载流子复合等方面具有显著影响,能提高纳米TiO2的光催化效率。     

N-Cu共掺杂金红石相TiO_2光催化剂的第一性原理研究

TiO2是一种广泛应用的无机金属氧化物半导体材料,利用掺入杂质来改善TiO2的光催化和光电转换性能已成为近年来研究的热点。采用密度泛函理论体系下第一性原理的平面波超软赝势方法研究了单N掺杂、单Cu掺杂和N-Cu共掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质。结果表明:N与Cu共掺杂后,由于N2p电子与Cu3d电子协同作用,在TiO2禁带中产生了新的杂质能级。其中一条处于稳态,另一条处于亚稳态,电子跃迁能有效减小,更有利于光生电子-空穴对有效分离,大大改善了TiO2的光催化性能。N与Cu共掺杂使TiO2的光吸收系数曲线在可见光区发生了比单N掺杂和单Cu掺杂更大的红移,反射率也增大。     

Fe3+掺杂TiO2纳米晶溶胶的制备及性能

采用sol-gel法制备了Fe3+掺杂锐钛矿型TiO2纳米晶溶胶。对溶胶的物相结构和粒度分布进行了分析,并考察了薄膜的UV-Vis吸收光谱及溶胶的光催化性能。结果表明:Fe3+掺杂可提供杂质能级抑制电子与空穴的复合,且对TiO2溶胶粒子具有细化作用,因此TiO2溶胶的光催化活性提高,比未掺杂时最大提高了近30%。但Fe3+掺杂过多可能成为电子与空穴复合的中心,导致TiO2溶胶的光催化活性降低。r(Fe:Ti)的最佳范围为0.25~0.50。     

染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池

介绍了染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池的结构,工作原理,技术指标以及TiO2纳米膜的制备方法.阐述了敏化纳米晶太阳能电池相比于硅太阳电池的低成本及优于其它光电化学电池的关键技术.讨论了影响NPC电池总的光电转换效率的因素,并对有机染料和无机染料光敏化剂的选择及染料的敏化问题进行了论述,在此基础上提出了将其商业化的一些值得深入研究和需要解决的问题.     

染料敏化太阳电池的光阳极制备及其性能优化

详细讨论了染料敏化太阳电池二氧化钛纳米粒子、丝网印刷胶体、二氧化钛电极、对电极、电解质的制备方法,得到最优化的TiO2纳米晶电极的厚度为12μm左右。通过改善电极染料吸附量、纳米晶颗粒间的电接触性能以及电极对可见光的透射和反射能力,电池的光电性能得到显著提高。     

Mn^(2+)掺杂CdS量子点敏化太阳电池的性能北大核心

采用连续式离子层吸附与反应(SILAR)法不仅成功制备出CdS量子点敏化的TiO2纳米晶光阳极,而且实现了Mn2+在CdS量子点晶格内部的可控掺杂。应用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对电极的形貌进行了分析和表征。继而通过组装光伏电池研究Mn2+掺杂浓度与电池性能之间的关系。通过测量其紫外-可见吸收光谱及电流密度-电压(J-V)特性曲线考察电池性能随Mn2+掺杂量的变化规律。在研究中发现,掺杂适量的Mn2+有助于提高CdS/TiO2光阳极对可见光的吸收,进而增强太阳电池的能量转换效率。当Mn2+浓度为0.075 mmol/L时,量子点敏化太阳电池(QDSSC)的能量转换效率可达2.85%,较未掺杂的光阳极试样性能提高约50%。     

纳米SnO_2粉体的制备与掺杂研究

利用液相沉淀法制备了一系列掺杂型SnO2纳米粉体,晶粒度小于20 nm。研究了Ni2+、Co2+、Cu2+掺杂对SnO2粉体物相结构、晶化行为及晶粒度的影响。分析认为,各SnO2粉体样品都属于金红石结构,掺杂离子以类质同象方式进入SnO2晶格,对SnO2晶胞参数、结晶度、晶粒度等方面产生影响,其中Ni2+和Cu2+的掺入影响较大,可对SnO2晶粒生长有明显的抑制作用,大大降低其晶粒度。     

光阳极的前后处理对DSSC性能的影响

为抑制染料敏化太阳能电池(DSSC)光生电子的背反应,分别利用钛酸四丁酯(TBT)和TiCl4制备了两种TiO2溶胶对DSSC光阳极导电玻璃进行前处理,另外,以TBT制备的TiO2溶胶对光阳极TiO2薄膜进行了后处理。在AM1.5和暗环境下分别考察了前后处理对DSSC性能的影响。结果表明,光阳极的前后处理均有效提高了DSSC的光电转换效率,其中以采用TBT制备的TiO2溶胶进行前处理时的效果最佳;DSSC的光电转换效率随后处理次数的增加而增大;后处理3次时,DSSC的光电转换效率达到5.98%。     

染料敏化TiO_2单晶纳米棒阵列太阳电池的性能

采用水热法一步合成出TiO2单晶纳米棒有序阵列,进而制备出染料敏化太阳电池。重点探讨了退火时间变化对电池光电转化效率的影响。研究结果表明,与未退火的纳米棒组装而成的电池相比,退火后的纳米棒电池显示出更高的光电转化效率。并且当退火时间为7 min时,光电转化效率最高(5.05%),提高到未退火电池光电转化效率的300%以上。电池性能提高的原因有:TiO2纳米棒阵列与衬底间结合力的增强有利于电子传输;表面态缺陷的减少有利于抑制光生载流子的复合。结合SEM,TEM和J-V曲线等表征手段探讨了这一现象背后的物理机制。     

水热法制备TiO2纳米晶薄膜的光电性能研究

利用水热法制备了纳米TiO2粉体,分别利用该粉体和经过氢氧化钠溶液水热处理后的粉体涂覆在导电玻璃上制备成薄膜,然后组装为染料敏化太阳能电池.利用XRD和SEM对该薄膜进行表征,并用I-V测试仪对电池的光电性能进行研究.结果表明:未经处理的粉体制备的薄膜粒径小,分布均匀,为纯锐钛矿晶型,组装的电池光电转化效率为4.09%...     

Structural mechanisms of optimization of the photoelectric properties of CdS/CdTe thin-film heterostructures

Comparative studies of the effect of chloride treatment of CdS/CdTe thin-film heterostructures on the output characteristics of ITO/CdS/CdTe/Cu/Au solar cells and the crystal structure of their base CdTe layer are carried out. Structural mechanisms determining variation in the efficiency of photoelectric processes in ITO/CdS/CdTe/Cu/Au thin-film solar cells produced by varying the thickness of the CdCl₂ layer during the chloride treatment are suggested. It is shown for the first time by X-ray diffractometry that the metastable hexagonal CdTe phase transforms into a stable cubic modification during the chloride treatment. This circumstance provides a substantial improvement in the photoelectric properties of CdS/CdTe thin-film heterostructures.     

染料敏化太阳能电池TiO2薄膜电极的染料吸附性能研究

采用手工刮涂法制备了染料敏化太阳能电池( DSSC)的TiO2薄膜电极,用解吸的方法和正交试验研究了DSSC电池TiO2薄膜电极的染料吸附性能,并结合统计分析方法对染料吸附试验数据进行了分析处理.研究结果表明TiO2薄膜电极具有最优染料吸附性能的烧结条件为:以2℃/min的速率升温至450℃,保温50 min后随炉冷却...     

TiO_2纳米管阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过恒压阳极氧化法在Ti箔表面制备了结构规整的TiO2纳米管阵列,研究了氧化时间和退火温度对纳米管阵列的尺寸和晶体结构的影响。用制得的纳米管阵列电极组装了染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了纳米管长度、退火温度和电极面积对DSSC光电性能的影响。结果表明,纳米管管径和壁厚均与氧化时间无关,而纳米管长度则随着氧化时间延长而增加。在450℃及更低温度退火时,纳米管中只出现锐钛矿相;而在500℃退火时,纳米管中则又出现了金红石相。由厚度为27μm、退火温度为450℃的纳米管阵列电极组装成的DSCC具有最佳的光电转化性能。DSCC的光电转化效率随电极面积的增加而降低。     

CdSe/TiO_2纳米复合材料的研究进展

CdSe和TiO2复合后,其对可见光的利用率大大提高,光电性能和光催化性能都得到明显改善。对CdSe敏化TiO2的原理做了简要阐述,主要综述了CdSe/TiO2纳米复合材料的制备及性能,重点介绍了目前制备薄膜及粉体CdSe/TiO2纳米复合材料的方法和所得复合材料在光催化和太阳能电池领域中的应用研究,并对不同方法制备的材料的结构与特性作了简要对比。但目前这一复合材料仍存在缺陷,所以人们又对其进行了改性研究,也对这一方面作了简要介绍。因此,通过对CdSe或TiO2的形貌进行控制或改性来进一步提高复合材料的性能将是今后研究的重点,不能只偏重对其光电性能的研究,也要加大对其光催化性能的研究。     

稀土掺杂BTO基纳米陶瓷的制备及介电性能

采用"连续有序可控爆发式成核"纳米粉体制备技术,以BaCl2、SrCl2.6H2O、TiCl4为原料制备了BaxSr1–xTiO3及BaxSr1–x–yGdyTiO3纳米粉体和陶瓷,研究了所制粉体和陶瓷的微观结构及性能。结果表明:所制纳米粉体分散性好,粒径分布范围窄,平均粒径小于40nm;BaxSr1–xTiO3介电常数随锶掺杂量的增加有增大的趋势,在1 325℃烧结得到的Ba0.7Sr0.3TiO3陶瓷的介电常数最大,达到30 000 F/m。BaxSr1–x–yGdyTiO3介电常数随Gd掺杂量的增加趋于减小,在1 325℃烧结得到的Ba0.8Sr0.18Gd0.02TiO3的介电常数最大,达到近25 000 F/m。     

纳米TiO_2太阳能电池电极修饰研究进展

综述了近年来国内外在TiO2太阳能电池电极修饰技术方面的研究成果,重点介绍了有关纳米TiO2薄膜电极和TiO2纳米管电极修饰技术的研究进展,包括半导体复合掺杂、过渡金属离子掺杂、非金属离子掺杂、导电高聚物掺杂和贵金属沉积掺杂等。并对该工作和今后的研究问题进行了总结和展望。     

Preparation of erbium ion-doped TiO2 films and the study of their photocatalytic activity under simulated solar light

A series of erbium ion-doped TiO₂ (Er³⁺-TiO₂) films were prepared by a sol-gel dip/spin coating method, and the effect of the dosage of erbium ion (0-2.0 mol%), the films coating layers (1-5 layers), and calcination temperature (400-700℃) on the film structure and photocatalytic activity were investigated in detail. The films were characterized by means of X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermal analysis (TG-DTG) and UV-Vis diffusive reflectance spectra (DRS). The results showed that the films were composed of anatase, and no other TiO₂ phases (rutile and brookite). With the increase of the erbium ion dosage, the crystal size decreased. Erbium ion doping could enhance the thermal stability of TiO₂ and inhibit the increase of the crystallite size. Meanwhile doping of erbium ions gave rise to three typical absorption peaks within the range of visible light (400-700 nm), locating at 490, 523, and 654 nm, attributed to the transition of 4f electrons. The higher calcination temperature led to higher crystallinity and bigger crystal grains. The photocatalytic performance of the films was evaluated by degradation of methyl orange solution under simulated solar light. The highest quality film we prepared was with 4 layers, 1.0 mol% dosage of erbium ion, and the calcination temperature of 500℃. With this film, the degradation percentage of 7.8 mg/L methyl orange solution was up to 53.3% under simulated solar light after 6 h photoreaction.     

掺Pb的TiO2纳米功能材料的制备及其光催化性能

采用溶胶－凝胶法制备了掺Pb的摩尔比分别为0.5%、1%、3%、5%、7%、10%的改性TiO2纳米粒子，并利用XRD和UV－VIS检测技术对所制得的样品进行了表征，考察了焙烧温度和掺Pb量对材料组成、结构和光学性质的影响；另外，以模拟太阳光下苯酚的光催化降解为模型反应，对Pb改性的TiO2纳米粒子的光催化活性进行了评价，考察了掺Pb量对材料催化性能的影响。结果表明，掺入适量的Pb后，TiO2纳米粒子的光催化活 性得到较大的提高，这可能是由于Pb进入TiO2晶格中生长成了新相PbxTi1-xO2，从而使材料的光响应范围向可见光区移动，提高了对可见光的利用率。本实验表明，掺Pb的摩尔比为3％的改性TiO2纳米粒子的光催化活性最高。