有序宏孔-介孔TiO_2薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

我们使用表面活性剂P123和聚苯乙烯球双模板技术,合成了多级有序的宏孔/介孔TiO2薄膜,并将其与P25多孔薄膜复合形成双层结构的染料敏化太阳能电池光阳极.实验结果表明,宏孔/介孔TiO2薄膜层的引入,有效地提高了光阳极对太阳光的散射以及捕获能力,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率.与使用单一P25光阳极的染料敏化太阳能电池相比,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池所产生的短路光电流密度从7.49上升到了10.65mA/cm2,开路电压也从0.65提高到了0.70V.在太阳光强度为AM1.5时所测得的光电转化效率表明,双层TiO2结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率为5.55%,比单层P25结构的染料敏化太阳能电池的光电转化效率提升了83%.     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

电荷分离型染料在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

染料敏化太阳能电池中的染料起到吸收光能和传导光生电子的作用,而染料的电荷分离状态能有效提高电子注入效率,抑制电荷复合,进而提高器件性能。本文以电荷分离(CS)型染料为敏化剂,采用spiro-OMeTAD为空穴传输材料制备了全固态染料敏化太阳能电池,分析了TiO_2光阳极膜厚的影响,当TiO_2光阳极膜厚为1. 2μm时,器件性能最优;探讨了染料结构对器件性能的影响,其中染料MTPABT-Pyc的器件性能最好,其光电流和效率分别为7. 38mA/cm~2和3. 06%。相比于电荷转移(CT)型染料MTPAcc,MTPABTPyc具有相近的捕光能力,但是其效率比MTPAcc (2. 64%)提高了16%。研究结果表明,CS型染料的电荷分离态对电荷复合的抑制和空穴的传输具有明显的优势。     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO_2光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率(30%),引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池(p型和p-n型叠层器件)的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

水热法可控合成二氧化钛纳米晶及其在染料敏化太阳能电池中的应用

本文报道了水热法可控合成二氧化钛纳米晶及其在染料敏化太阳能电池中的应用.选择合适的有机碱胶化剂,能很好地控制二氧化钛纳米晶的生长,形成不同形貌和粒径的锐钛矿型二氧化钛纳米晶颗粒.染料敏化太阳能电池光电性能测试结果表明,以四乙基氢氧化铵为胶化剂合成的边长为8～13nm的正方形二氧化钛纳米晶构成的光阳极光电性能优于以四丁基氢氧化铵为胶化剂合成的边长为7～10nm的正方形二氧化钛纳米晶以及长18～35nm,宽10～18nm的长方形二氧化钛纳米晶构成的光阳极.用较高浓度的四甲基氢氧化铵胶化剂能合成球形或椭球形亚微米级二氧化钛颗粒,以其为散射中心在光阳极中构建散射层,染料敏化太阳能电池的光电转换效率能由6.77%提高到8.18%.     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO₂光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率（30%）,引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池（p型和p-n型叠层器件）的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究

利用静电纺丝技术, 在TiO₂纳米粒子上电纺一层网状TiO₂纳米纤维微孔膜作为光散射层, 并在TiO₂纳米粒子中掺杂少量MgO以抑制电子和空穴的复合, 得到TiO₂纳米纤维/纳米粒子复合光阳极用于染料敏化太阳能电池. 将这种光阳极分别与有机三苯胺染料SD2, SD3或钌染料N719及鹅脱氧胆酸(CDCA)共敏化时, 在AM 1.5 (100 mW/cm²)的模拟太阳光照射下, 染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到6.35%～8.85%. 同时, 使用半固态电解质可以达到液态电解质90%的光电转换效率.     

柔性染料敏化太阳能电池*

本文介绍了染料敏化太阳能电池的工作原理,对其重要研究方向——柔性染料敏化太阳能电池的关键组成部分：光阳极、对电极和电解质等的国内外研究进展进行了评述,分析当前研究过程中存在的问题,并提出提高柔性染料敏化太阳能电池光电转换效率和长期稳定性的对策,对其未来的发展进行了展望.     

双面进光太阳能电池透明对电极研究进展

近年来,太阳能电池（包括染料敏化、量子点敏化及钙钛矿太阳能电池）因其成本低、质量轻、效率高受到研究人员的广泛关注.双面进光太阳能电池是太阳光能通过光阳极以及透明对电极同时入射的器件,是近年来扩宽太阳能电池光利用率及能效以达到提高器件光电性能的主要手段,其中透明对电极的性能直接影响器件的背面进光效率,因此研究对电极对提高双面进光太阳能电池光电转化效率十分必要.本文针对传统对电极透光性低,成本高,光利用率低等问题,与双面进光的高光电转换效率以及低成本等特点对比,综合分析了透明对电极材料的选择及界面修饰改性等对双面进光染料敏化、量子点敏化及钙钛矿太阳能电池光电性能的影响及其应用前景.     

分级多孔结构ZnO微球的制备及其光电性能

采用简单的低温化学溶液沉积方法制备了分级多孔ZnO微球。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N2吸附脱附以及紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对样品进行了表征。结果显示产物为分级多孔结构的ZnO微球,由直径约10~20 nm ZnO颗粒组装而成,比表面积为40 m2.g-1。把多孔ZnO微球用作染料敏化太阳能电池(DSCs)光阳极,结果表明,该光阳极在增强对入射光的散射作用的同时,为染料分子的吸附提供了较大比表面积,从而提高了DSCs的光伏性能。     

Hierarchical TiO2 Flower-spheres with Large Surface Area and High Scattering Ability: an Excellent Candidate for High Efficiency Dye Sensitized Solar Cells

Hierarchical TiO₂ flower-spheres assembled from porous nanosheets-stacked of nanoparticles were synthesized by a simple hydrothermal method with one-step. The as-prepared TiO₂ flower-spheres showed a diameter range from 200 nm to 550 nm and a large surface area of 188 m²/g. A double layer photoanode made of P25 nanoparticles and as-prepared TiO₂ flower-spheres was fabricated for the dye sensitized solar cells(DSSCs). The efficient light scattering and dye absorption of the photoanode can be attributed to the top-layer of hierarchical TiO₂ flower-spheres. DSSCs based on the double layers photoanode exhibit a higher energy conversion efficiency of 8.11% with a short-circuit photocurrent density of 17.87 mA/cm², indicating that there is an increase of 38% in the conversion efficiency compared to those based on electrode P25(5.91%, 14.09 mA/cm²).     

电泳法制备具有{001}面TiO2纳米片分级球散射层的染敏太阳电池光电极

利用简便的溶剂热法,制得了由锐钛矿相的纳米片组成的、{001}面接近100%暴露的TiO2分级球形结构。利用电泳沉积法,将所得的TiO2分级球形结构作为散射层引入到染料敏化太阳电池(DSSC)中,并很好地保护了这种脆弱的分级结构。由于这种分级球形结构比TiO2纳米颗粒具有更好的染料吸附性能和光散射性能,使用这种TiO2分级球形结构作为散射层的DSSC达到了7.38%的光电转换效率,较之基于TiO2纳米颗粒的DSSC有了26%的提高。     

Study on the controllable synthesis of SH-MCM-41 mesoporous materials and their adsorption properties of the La3+, Gd3+ and Yb3+

SH-MCM-41 was examined in adsorption and desorption experiments to investigate the adsorption capacities of La³⁺, Gd³⁺ and Yb³⁺ and the reusability.     

新型金属有机气凝胶的合成、 表征及气体吸附性能

利用高稳定性的UiO-66系列金属有机骨架多孔材料制备金属有机气凝胶材料, 制得的UiO-66系列金属有机气凝胶材料具有多级孔结构和较高的比表面积, 在气体吸附分离领域具有较大应用潜力. 气体吸附实验结果表明, UiO-66-NH₂金属有机气凝胶材料具有极佳的CO₂吸附性能和CO₂/CH₄分离性能, 通过理想吸附溶液理论计算得出其吸附选择性高达18.3.     

Hydrothermal Synthesis of a Crystalline Rutile TiO2 Nanorod Based Network for Efficient Dye‐Sensitized Solar Cells

One‐dimensional (1D) TiO₂ nanostructures are desirable as photoanodes in dye‐sensitized solar cells (DSSCs) due to their superior electron‐transport capability. However, making use of the DSSC performance of 1D rutile TiO₂ photoanodes remains challenging, mainly due to the small surface area and consequently low dye loading. Herein, a new type of photoanode with a three‐dimensional (3D) rutile‐nanorod‐based network structure directly grown on fluorine‐doped tin oxide (FTO) substrates was developed by using a facile two‐step hydrothermal process. The resultant photoanode possesses oriented rutile nanorod arrays for fast electron transport as the bottom layer and radially packed rutile head‐caps with an improved large surface area for efficient dye adsorption. The diffuse reflectance spectra showed that with the radially packed top layer, the light‐harvesting efficiency was increased due to an enhanced light‐scattering effect. A combination of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), dark current, and open‐circuit voltage decay (OCVD) analyses confirmed that the electron‐recombiantion rate was reduced on formation of the nanorod‐based 3D network for fast electron transport. As a resut, a light‐to‐electricity conversion efficiency of 6.31 % was achieved with this photoanode in DSSCs, which is comparable to the best DSSC efficiencies that have been reported to date for 1D rutile TiO₂.     

金属有机骨架材料在吸附分离大气污染物中的应用

大气污染问题是关系人民生命健康和经济社会和谐发展的重大问题.因此需要开发高效的吸附材料用于大气污染物的吸附和分离.金属有机骨架材料(MOFs)是一类新型的多孔材料,该材料具有结构多样、孔结构有序、大比表面积和高孔隙率等结构特点.MOFs通过调节有机配体的长度和官能团调节孔径和孔道尺寸,并进行功能化修饰在孔道中引入功能性...     

Metal-organic frameworks—New materials for hydrogen storage

Published data on the physical sorption of hydrogen by new materials with a large specific surface area, crystalline microporous metal-organic frameworks (MOFs), are systematized and analyzed. The hydrogen-accumulating properties of MOFs are compared with those of traditional materials (charcoals and zeolites) and nanocarbon systems. The role of secondary hydrogen spillover in the development of new approaches to increase the adsorption capacity of hydrogen storage materials is separately considered.     

Multifunctional Ag‐Decorated Porous TiO2 Nanofibers in Dye‐Sensitized Solar Cells: Efficient Light Harvesting,Light Scattering,and Electrolyte Contact

Designing the photoanode structure in dye‐sensitized solar cells (DSSCs) is vital to realizing enhanced power conversion efficiency (PCE). Herein, novel multifunctional silver‐decorated porous titanium dioxide nanofibers (Ag/pTiO₂ NFs) made by simple electrospinning, etching, and chemical reduction processes are introduced. The Ag/pTiO₂ NFs with a high surface area of 163 m² g^?1 provided sufficient dye adsorption for light harvesting. Moreover, the approximately 200 nm diameter and rough surface of the Ag/pTiO₂ NFs offered enough light scattering, and the enlarged interpores among the NFs in the photoanode also permitted electrolyte circulation. Ag nanoparticles (NPs) were well dispersed on the surface of the TiO₂ NFs, which prevented aggregation of the Ag NPs after calcination. Furthermore, a localized surface plasmon resonance effect by the Ag NPs served to increase the light absorption at visible wavelengths. The surface area and amount of Ag NPs was optimized. The PCE of pTiO₂ NF‐based DSSCs was 27 % higher (from 6.2 to 7.9 %) than for pure TiO₂ NFs, whereas the PCE of Ag/pTiO₂ NF‐based DSSCs increased by about 12 % (from 7.9 to 8.8 %). Thus, the PCE of the multifunctional pTiO₂ NFs was improved by 42 %, that is, from 6.2 to 8.8 %.     

氨基功能化金属有机骨架光催化剂的制备及性能研究

氨基功能化金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种非常具有吸引力的功能化MOFs,其兼具MOFs的高比表面积、孔道易调控及氨基的可后处理修饰的性能。通过简单的化学反应可实现功能基团的转化,从而制得新型的功能化MOFs,在气体存储、药物载体、选择性吸附气体小分子和催化等领域具有潜在的应用价值,因此开发氨基功能化的MOFs备受人们关注。本文综述了近年来氨基功能化MOFs在催化和吸附领域的研究进展,包括氨基功能化MOFs的制备方法、影响因素以及在环境方面的应用,并对今后的发展前景进行了展望。     

基于溶剂原位傅克偶联反应合成杯芳烃有机多孔网络(CalixPOF)及其染料吸附特性

利用1,2-二氯乙烷(DCE)同时作为溶剂和偶联剂,通过溶剂原位傅克偶联反应合成杯芳烃有机多孔网络(CalixPOF)。采用红外光谱(FT-IR)和固体核磁碳谱(13 C-NMR)对CalixPOF的组成和分子结构进行了表征,验证了溶剂原位Friedel-Crafts偶联反应机理。采用氮气吸附、扫描电镜(SEM)、热重(TG)和紫外可见光谱(UV-vis)研究了CalixPOF的比表面积、微观结构、热稳定性和染料吸附效率等性能。结果表明:利用简单的溶剂原位傅克偶联反应可得到热稳定性良好、比表面积较大、可选择性吸附亚甲基蓝染料的CalixPOF,为自具主客体微腔的新型多孔聚合物网络的合成提供了新方法。