ZnO/TiO2复合光阳极染料敏化太阳能电池的研究

采用醇热法制备ZnO纳米粉体,采用水热法制备TiO2纳米粉体,将不同质量分数的ZnO与TiO2混合制备浆料,采用刮涂法在掺氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)上制备ZnO/TiO2纳米复合薄膜光阳极,与Pt对电极和电解质组装成染料敏化太阳能电池.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对所制备的样品进行表征,通过光电性能测试和电化学阻抗谱测试,研究了添加不同质量分数的ZnO对电池性能的影响.结果表明:不添加ZnO纳米粉时,纯TiO2光阳极的电池光电转换效率为7.95;,而添加了2wt; ZnO的ZnO/TiO2复合光阳极电池的效率达到9.54;,比纯TiO2电池的效率提高了20;.     

CdS量子点敏化ZnO薄膜的制备及其性能研究

本文以Zn(CH3COO)2·2H2O、CdCl2和硫脲的水溶液分别为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃上成功的制备了CdS量子点敏化ZnO薄膜(ZnO∶ CdS).通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),光致发光(PL)谱和吸收光谱对CdS量子点敏化ZnO薄膜形貌,结构和光学性能进行了研究.SEM图表明CdS量子点已成功沉积到ZnO薄膜上,量子点呈颗粒状,直径约71 nm.XRD结果显示,除观察到原有的ZnO特征峰外,在2θ=30.3°处有一明显的特征峰,对应着CdS的(111)晶面.PL谱图表明在325 nm的光激发下,CdS量子点敏化ZnO薄膜在400 nm处有一较强的紫外发射峰,在500～700 nm处有一个较宽的黄绿发射带.吸收光谱表明,CdS量子点敏化后ZnO薄膜在可见光区的吸收边为586 nm.     

连续离子层吸附反应(SILAR)法制备AgGaS2纳米薄膜及性能表征

采用连续离子层吸附反应(SILAR)法,通过500℃退火在玻璃衬底上制备出AgGaS2纳米薄膜.使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、紫外可见(UV-Vis)谱和光致发光(PL)谱等对纳米薄膜的物相、形貌、化学配比和光学性能进行了定性和定量表征.XRD测试结果表明,实验获得产物为黄铜矿结构AgGaS2,并观测到(112)面和(224)面.使用Scherrer公式估算了AgGaS2产物的晶粒平均粒度大小约为30 nm.SEM观测到的AgGaS2纳米薄膜外形均匀一致,沉积紧密,薄膜沉积的纳米平均颗粒直径约为18～ 26 nm.EDS测试结果显示AgGaS2纳米薄膜中Ag、Ga和S三元素的原子相对百分含量为25.12;,26.66;和49.93;,其化学计量比几近于1∶1∶2物质的量比.通过紫外可见透过光谱得到截止波长为470.1 nm,禁带宽度为2.64 eV.室温PL测试发现发光中心在456 nm,与AgGaS2晶体发光中心相比产生了约40nm的蓝移.以上结果充分表明SILAR法是一种制备AgGaS2纳米薄膜的有效方式.     

TiO2纳米棒复合结构光阳极的制备及其在染料敏化太阳电池中的应用

通过水热法制备了垂直于导电基底的金红石纳米棒阵列,首次通过磁控溅射方法制备了一维阵列金红石/锐钛矿核壳结构,并将其应用于染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs).样品结构和形貌分别利用X射线衍射仪、透射电镜、扫描电子显微镜进行表征观察.结果表明,磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更好的形貌和比表面积.光电转换性能测试表明,与单纯水热生长的金红石纳米棒光阳极相比(1.10;),磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更高的光电转换效率(2.85;),光电转换效率提高了将近2.6倍.     

阳极氧化法制备TiO2纳米管及其电池性能研究

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管,并将所制备的TiO2纳米管用作染料敏化太阳能电池光阳极.研究了氧化时间,电解质浓度,水含量和表面处理对纳米管及电池性能的影响.结果表明:随氧化时间的增加,纳米管的长度和直径增加.氧化时间为7h时,纳米管的长度和直径分别为550 nm和40nm,当氧化时间为50h,纳米管的长度和直径分别为2.41μm和70肿.电解质NH4F浓度从0.25wt;,0.5wt;增加到1wt;时,纳米管的长度先增后降,直径基本不变,当NH4F浓度为1wt;时,其长度为1.50μm,直径50nm左右,并且纳米管表面部分被腐蚀.水含量为0时纳米管长度1.60μm,直径25nm;当含水1;时纳米管长度1.90 μm,直径50nm;但水含量增加到3;时,其长度却降至973 nm,直径50nm.用长和直径分别为2.60μm和70nm纳米管制备成染料敏化太阳能电池,其光电转化效率为2.45;.     

ZnO/PbS量子点异质结太阳能电池结构调控研究

利用氧化锌溶胶-凝胶(Sol-Gel)、锌盐乙醇溶液(ES)和氧化锌纳米粒子溶液(NP)三种不同的籽晶层前驱液,在ITO衬底上通过化学浴沉积方法(CBD)制备出了一维氧化锌纳米棒阵列薄膜,并在所制备的氧化锌纳米棒阵列薄膜上构筑了具有“三维”异质结结构的PbS量子点太阳能电池.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射光谱分析等研究了籽晶层对氧化锌纳米棒阵列薄膜形貌、结构和光学性质的影响;结合电池性能测试结果,比较分析了“三维”异质结结构和“平面”异质结结构对电池性能的影响.结果表明:在ES籽晶层上生长的氧化锌纳米棒阵列薄膜的取向性最好,Sol-Gel次之,NP最差;在ES和Sol-Gel籽晶层上生长2h的样品透射率在80;左右;与“平面”异质结结构PbS量子点电池相比,基于氧化锌纳米棒阵列薄膜制备的“三维”异质结结构电池的短路电流可提高40;,表明“三维”异质结结构有利于载流子的分离和输运.     

不同形貌TiO2薄膜的可控制备及其光电化学性能研究

采用水热法在FTO(fluorine-doped tin oxide)基底上制备不同形貌的锐钛矿结构TiO2薄膜.通过不断增大反应前驱物中盐酸浓度,TiO2薄膜由球状颗粒薄膜逐渐演变生长成大面积高能(001)面裸露的TiO2纳米片阵列薄膜.通过对形貌演化规律及X射线衍射图谱变化规律进行分析,提出了不同形貌TiO2薄膜的...     

ZnO∶xEu纳米棒的制备及其光谱性能研究

采用微乳液法成功合成了Eu3+掺杂ZnO纳米棒.采用SEM、XRD和Raman光谱、紫外光谱和荧光光谱对其进行了表征.结果表明,Eu3+掺杂ZnO纳米棒保持了六方ZnO结构,Eu3+代替部分Zn2+的位置,没有其它杂质峰的存在.(100)晶面衍射峰强度比率远大于标准衍射卡片,表明ZnO纳米棒沿着一维[00l]晶面方向作取向生长.随着Eu3+浓度的增加,ZnO纳米棒直径基本保持不变,但长度变短,形貌变得较杂乱,伴随颗粒产生.紫外吸收光谱逐渐红移,荧光光谱中出现Eu3+的典型特征发射峰592 nm和612 nm,且I592nm/I612nm有减小的趋势.实验结果表明Eu3+是一种重要的光谱调节元素,能有效的调节ZnO纳米棒的光学性能.     

柔性有序ZnO纳米棒/TiO2纳米粒子复合薄膜的制备及其光电转换性能研究

采用电沉积法,在柔性不锈钢网基底上制备了ZnO纳米棒阵列,随后旋涂P25浆料,最终经退火后得到了ZnO纳米棒阵列/TiO2纳米粒子的复合结构薄膜,详细探讨了TiO2纳米粒子的填充,初级ZnO纳米棒阵列的形貌,P25浆料的旋涂次数以及表面活性剂PEG添加量等制备条件对复合结构光阳极形貌及光电性能的影响.研究表明:TiO2纳米粒子的引入能有效提高光阳极的比表面积,增强半导体与染料的耦合能力,ZnO纳米棒阵列能够为电子提供快速传输的通道.最佳制备条件为:初级ZnO纳米棒沉积次数为两次,浆料浓度为1 g/50 mL,旋涂浆料次数为三次,PEG添加量为4g/100 mL,制备的复合结构DSSC的光电转换效率较单一纳米棒阵列有一定的提高.     

Ce/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

采用电化学阳极氧化法在钛表面制备TiO2纳米管阵列,并用稀土铈对其修饰改性.以甲基橙为目标降解物,考察了Ce3+溶液浓度、甲基橙溶液的初始浓度和初始pH对铈改性的TiO2纳米管光催化活性的影响.结果表明:Ce3+溶液的浓度存在一个最佳值,当Ce3+溶液浓度为0.01 mol/L,在10 mg/L,pH =3的甲基橙溶液中光催化活性最好.光照4h后,甲基橙的降解率达83％.     

ZnO纳米线/纳米棒混合阵列的制备及其光致发光性能研究

使用无催化剂热蒸发法,在ZnO/Si薄膜衬底上制备了ZnO纳米线/纳米棒混合阵列.其中,纳米线的直径为10～20nm,纳米棒的直径为60～160 nn,二者混合在一起垂直生长于衬底表面.从衬底的上游到下游位置,混合,阵列中纳米线的含量逐渐下降,纳米棒逐渐增多.室温光致发光测试发现尺寸较小的纳米线阵列的紫外光发光强度比大尺寸纳米棒阵列高约5倍.持续激发光照射下,纳米线阵列的发光强度逐渐上升,停止光照后又逐渐下降到初始值,这可以用纳米线表面O2分子的解吸附和吸附过程来理解.     

可见光响应型ZnO/Bi2O3复相光催化剂的制备及其性能研究

以Zn(Ac) 2·2H2O和Bi( NO3)3·5H2O为主要原料,采用溶胶-凝胶法成功制备了可见光响应型的高效复相ZnO/Bi2O3催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品进行了表征,并以甲基橙为目标污染物,测试样品的光催化性能,研究了初始合成条件、光源等对样品光催化性能的影响.实验结果表明:在nZn∶nBi为1∶1,浓度为0.05 mol/L条件下制得的凝胶,经600℃煅烧2h后,样品呈现六方纤锌矿结构的氧化锌晶相并伴有单斜α-Bi2O3、三斜ω-Bi2O3晶相.在16 W紫外灯、500W卤素灯照射下,2.5h后,甲基橙的脱色率为95.73;,68.36;,而经太阳光照射2.5h,甲基橙的脱色率分别为53.8;,但将其继续置于阳台上24h,脱色率可达97.6;.在16 W紫外灯的辐照下,样品重复使用6次,甲基橙的脱色率仍在90;以上,表明催化剂具有较高的重复使用率.     

化学浴沉积法制备多级结构ZnO微球及其电池性能

以三乙醇胺(TEA)和二水乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)为原料,采用化学浴沉积法制备多级结构ZnO微球,并将获得的多级结构ZnO微球粉应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)光阳极.主要研究了TEA量和反应时间对产物形貌和电池性能的影响.采用SEM和XRD分析对多级结构ZnO微球进行形貌和物相表征,采用Ⅰ-Ⅴ测试仪和电化学工作站对电池性能进行了分析.结果表明:反应温度80℃,反应时间2h,TEA/水为0.15时所制备的多级结构ZnO微球粉组装成电池性能最佳,其光电转化率为3.18;,开路电压为0.64V,短路电流为9.36 mA·cm-2,填充因子0.53.     

NiCo2O4纳米棒的制备及其光催化性能研究

以氯化钴、氯化镍、尿素和聚乙二醇为原料,通过水热反应合成钴酸镍前驱体材料,经过煅烧得到NiCo2 O4样品.研究不同反应温度对样品形貌的影响,并采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)检测样品的结构和形貌,结果表明:在300℃煅烧后,得到NiCo2 O4纳米棒,纳米棒直径为100 nm,表面有多孔结构.以NiCo2 O4纳米棒为催化剂,在紫外光照射下光催化降解罗丹明B(Rh B),在120 min后对Rh B的降解率达93.1;.     

Preparation and the growth mechanism of zinc blende structure tin sulfide films by successive ionic layer adsorption and reaction

Zinc blende structure tin sulfide (SnS) films have been prepared by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method. It is found that both the annealing and addition of NH₄Cl or NaCl to cation solution during the SILAR process can promote the crystallization of SnS films. The growth mechanism for this novel structure considered that the initial distribution of cations on the substrate surface during the cation adsorption process is the crucial factor that determines the structure of the final production. Because Cl⁻ anions can complex with Sn²⁺ cations, when the concentration of Cl⁻ in the cation precursor solution increases, more [SnCl]⁺ complex ions are adsorbed on the substrate. These [SnCl]⁺ ions assemble more orderly than Sn²⁺ ions because of the polarity of ions, so crystallized SnS films can be obtained when NH₄Cl or NaCl is added to the cation solution.     

片状和球状纳米CeO2的可控制备及其光催化性能

以乙二醇、水和丙酸为溶剂,使用无模板溶剂热法通过改变溶剂中乙二醇的体积比在180 ℃的条件下制备了前驱体,将前驱体在500 ℃的空气中焙烧2 h得到分散性较好的片状和球状纳米CeO2.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为目标反应评价其光催化活性.结果表明:焙烧后试样仍保持前驱体的片状或球状形貌,由纳米颗粒组装而成,片状纳米CeO2直径为0.3~1 μm,厚度为20~60 nm,球状纳米CeO2径为120~200 nm;超细纳米结构使得CeO2光学带隙能减小、光吸收阀值红移、比表面积增大,因而光催化活性大幅提高,片状和球状纳米CeO2在可见光下光催化降解亚甲基蓝的3 h降解率由棒状结构CeO2的12.3;分别提高至80.1;和91.2;.     

金红石型Ti1-2xCrxMoxO2黑色色料制备及其性能研究

以TiO₂、Cr₂O₃和MoO₃为主要原料,采用固相反应法合成了金红石型Ti_1-2xCr_xMo_xO₂(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20)色料。研究了Cr/Mo共掺杂量和煅烧温度对Ti_1-2xCr_xMo_xO₂色料的晶型结构、呈色性能和微观形貌等的影响。研究结果表明,5%~15%摩尔分数的Cr/Mo等量共掺杂都获得单相金红石型结构黑色色料,均可促进锐钛矿向金红石转变,且Mo掺杂有利于提高Cr在TiO₂晶格中的固溶度。随Cr/Mo共掺杂量增加,样品的黑度(L^*值)呈先减小后增大的趋势,而红色度(a^*值)和黄色度(b^*值)都表现出相反的趋势。煅烧温度在950~1 100 ℃时,样品的色度参数变化相对较小。在1 100 ℃煅烧得到的Ti_0.70Cr_0.15Mo_0.15O₂色料黑色呈色性能最佳,其L^*、a^*和b^*值分别为24.41、2.12和-2.53,且在陶瓷釉中表现出良好的呈色性能和化学稳定性。适量Cr/Mo共掺杂使TiO₂晶格产生畸变和电荷缺陷,从而吸收绝大部分可见光,是其呈现黑色的主要原因。