TiO2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜与聚3-甲基噻吩杂化太阳能电池研究

采用水热法制备了TiO₂和CdSe两种纳米棒材料, 将两种纳米材料制备成TiO₂/CdSe复合纳米棒膜电极, 并在复合膜上电化学聚合生成聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene) (PMeT), 研究了其光电化学性能. 实验表明, 当TiO₂与CdSe的物质的量复合比为2∶1, PMeT的聚合时间为40 s, 在电极电势为－0.2 V下ITO/TiO₂/CdSe/PMeT电极光电转换效率(IPCE)达到56%, 对比ITO/TiO₂/CdSe复合膜电极在长波方向的光电转换效率明显提高, 光吸收截止波长发生了明显的红移. 同时以ITO/TiO₂/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池, 初步研究了光电池性能, 光电池总效率为0.08%, V_oc＝0.4 V, j_sc＝0.61 mA/cm², ff＝0.33.     

SnO2TiO2 复合半导体纳米薄膜的研究进展

本文概述了SnO₂TiO₂ 复合半导体纳米薄膜的发展历史和研究现状,对比分析了“混合”、“核壳”和“叠层”3 种复合薄膜的结构和性能特点,着重论述了叠层结构的SnO₂ /TiO₂复合薄膜的光电化学和光催化特性。结合作者的研究工作,探讨了SnO₂ /TiO₂双层复合薄膜上下层厚度对其光催化活性的影响,指出复合薄膜光催化活性的提高可归因于电子从TiO₂ 向SnO₂ 的迁移。最后对SnO₂ /TiO₂复合薄膜的局限性和发展潜势做一简要分析,强调了该复合薄膜本身的应用特点。     

CdS/TiO2纳米管复合结构的制备与光电性能研究

利用阳极氧化法在钛金属基体表面制备一层TiO₂纳米管阵列薄膜, 然后通过水热反应在TiO₂纳米管上负载CdS纳米粒子, 形成CdS/TiO₂纳米管的复合结构。利用SEM、XRD、XPS、UV-Vis等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了CdS/TiO₂纳米管的光电性能和光催化活性, 结果表明, 相比于TiO₂纳米管, CdS/TiO₂纳米管复合结构在紫外光和可见光下都具有更好的光催化活性及光电性能。     

染料敏化太阳能电池中大孔TiO2薄膜电极的制备及应用

采用溶胶-凝胶水热法制备了TiO₂纳晶薄膜电极，晶型为锐钛矿型。为了提高电极的光电性能，利用聚苯乙烯小球做造孔剂，制备了含有大孔隙的TiO₂纳晶薄膜电极，孔径约为200 nm，该电极具有较好的光漫反射性能，更重要的是球形大孔的存在，提高了凝胶电解质在TiO₂薄膜电极中的渗透和I₃^-离子的扩散性能，与不含大孔的TiO₂电极相比，电池的短路光电流提高约2 mA·cm^-2，光电转换效率提高0.6%。     

低温吸附制备Au-TiO2复合薄膜及其光电化学性质

在低温条件下将预先合成的Au溶胶吸附到TiO₂薄膜上以制备纳米Au-TiO₂复合薄膜,以超高分辨率场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)表征Au-TiO₂膜,并在UV辐照下测定了Au-TiO₂薄膜电极的光电化学性质。纳米Au呈金属态,平均粒径为(4.3±1.2) nm,负载量高,均匀地沉积于TiO₂薄膜表面。光电化学测试表明,沉积纳米Au后,TiO₂电极的光生电流提高近5倍,光生电压明显向负值增大,说明纳米Au可增强光生载流子的分离效率,促进电荷在电极与溶液界面间的转移。Au-TiO₂电极的电荷传递法拉第阻抗(R_ct)是TiO₂电极的一半,说明负载的纳米Au粒抑制了光生电子-空穴的复合,提高了电极中载流子浓度。     

聚3-甲基噻吩修饰硫化物量子点连接纳米结构TiO2膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO₂膜上制备了量子点CdS, PbS (Q-CdS, Q-PbS), 并用电化学方法在TiO₂/Q-CdS, TiO₂/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene, PMeT)]. 用光电化学方法研究了PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接TiO₂纳米结构膜, 实验结果表明, PMeT和Q-CdS, Q-PbS单独修饰纳米结构TiO₂电极和PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO₂的光电转换效率有明显的提高; 聚3-甲基噻吩(PMeT)与Q-CdS, Q-PbS连接的纳米结构TiO₂之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 在本文实验条件下PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极最高的单色光的光电转换效率分别为11%和7%.     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

GO/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能

以水热法制备的20% g-C₃N₄/TiO₂（20%为质量分数）为基,将其与不同质量分数的氧化石墨烯（GO）复合制备出可见光催化性能优良的GO/TiO₂-g-C₃N₄三元复合材料。利用X射线衍射（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（UV-Vis DRS）、光致荧光光谱（PL）、瞬态光电流响应等分析测试手段对样品的结构、形貌和光电性能进行表征。研究了不同质量分数GO的加入对GO/TiO₂-g-C₃N₄在可见光下降解亚甲基蓝（MB）溶液的影响。结果表明： g-C₃N₄/TiO₂与GO复合后,锐钛矿相TiO₂颗粒形成小团簇附着在g-C₃N₄和GO片层表面,且当GO含量为15%时,TiO₂形成的团簇最小,对可见光的吸收最多且光生电子-空穴对的复合率最低。可见光照射下,15% GO/TiO₂-g-C₃N₄复合材料对MB的降解率在3 h内可达98.4%,且其降解速率常数（0.022 4 min^-1）分别是纯TiO₂（0.001 5 min^-1）和g-C₃N₄/TiO₂（0.002 5 min^-1）的15倍和9倍。     

微/纳复合型可见光光电材料Ag-石墨烯-TiO2的制备及应用

基于静电纺丝技术构筑了稳定均一的Ag-石墨烯-TiO₂纳米复合纤维;并利用SEM、TEM、XRD、EDS和Raman等表征了材料的微观结构与组分;随后,我们研究了该复合纤维在可见光下的光电转换性能。结果表明：掺杂既可降低TiO₂材料的禁带宽度,也能减缓光生电子与空穴的复合淬灭;Ag纳米晶的局域等离激元可增强纤维对可见光的吸收,石墨烯能促进光生电子与空穴的有效分离;可见光条件下,相比较于单一的TiO₂纳米纤维,复合纤维的光电流密度提高4倍,达到0.81 μA·cm^-2。     

微/纳复合型可见光光电材料Ag-石墨烯-TiO2的制备及应用

基于静电纺丝技术构筑了稳定均一的Ag-石墨烯-TiO₂纳米复合纤维;并利用SEM、TEM、XRD、EDS和Raman等表征了材料的微观结构与组分;随后,我们研究了该复合纤维在可见光下的光电转换性能。结果表明：掺杂既可降低TiO₂材料的禁带宽度,也能减缓光生电子与空穴的复合淬灭;Ag纳米晶的局域等离激元可增强纤维对可见光的吸收,石墨烯能促进光生电子与空穴的有效分离;可见光条件下,相比较于单一的TiO₂纳米纤维,复合纤维的光电流密度提高4倍,达到0.81μA·cm^-2。     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

B离子掺杂TiO2催化剂(TiO2－xBx)光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO₂和TiO_2－xB_x催化剂. 光催化实验证明, TiO_2－xB_x催化剂的紫外、可见光催化活性均高于TiO₂. XRD, XPS和Raman结果表明, B离子是以取代式掺杂占据了TiO₂的O^2－的晶格位置. UV-Vis和PL谱的结果表明, B离子的2p轨道与O的2p轨道形成混合价带, 产生可见光响应, B离子的掺入有效地阻止了光生载流子的复合, 促进了其分离, 是TiO_2－xB_x催化剂紫外、可见光催化活性提高的主要原因.     

退火温度对TiO2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备（001）高活性晶面主导的TiO₂纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO₂纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450 ℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、紫外-可见（UV-Vis）分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明：六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO₂纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO₂纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150 ℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

TiO2纳米微球的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

以四氯化钛、盐酸为原料,制备出花状TiO₂纳米微球,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。为了提高TiO₂微球电池的光电性能,利用TiO₂微球作为反射层构造了双层结构的薄膜电极,结果表明,双层结构染料敏化太阳能电池在100 mW·cm^-2（1.5 G）光照条件下,短路光电流J_sc为17.64 mA·cm^-2,开路光电压Voc为0.74 V,填充因子FF为0.63和光电转化效率η为8.33%。相比TiO₂微球制备的太阳能电池,双层结构染料敏化太阳能电池光电转化效率提高至5.3倍。最后对电极中染料的吸附量、电极的光散射性能和电池的电化学阻抗做了进一步研究和分析,研究表明,双层结构电池增强光的捕获能力,从而提高光伏性能。     

B离子掺杂TiO2催化剂(TiO2－xBx)光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO₂和TiO_2－xB_x催化剂. 光催化实验证明, TiO_2－xB_x催化剂的紫外、可见光催化活性均高于TiO₂. XRD, XPS和Raman结果表明, B离子是以取代式掺杂占据了TiO₂的O^2－的晶格位置. UV-Vis和PL谱的结果表明, B离子的2p轨道与O的2p轨道形成混合价带, 产生可见光响应, B离子的掺入有效地阻止了光生载流子的复合, 促进了其分离, 是TiO_2－xB_x催化剂紫外、可见光催化活性提高的主要原因.     

TiO2微粒功能化多孔Al2O3膜的光电化学研究

用恒电位法制备了多孔Al₂O₃薄膜, 通过在Al₂O₃薄膜孔内水蒸汽水解钛酸异丙酯生成了锐钛矿型TiO₂微粒, 制备出了Al₂O₃与TiO₂微粒的复合薄膜. 用XRD, SEM, 光电化学方法进行了研究. 实验表明: 该复合薄膜具有光电转换特性, 在光催化、光电化学太阳能转换中具有应用价值.     

TiO2-双亲共聚物复合纳米粒子的合成与紫外光敏特性

用偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米粒子TiO₂, 应用超声技术将TiO₂ 纳米粒子分散在甲醇介质中, 然后用苯乙烯(ST)原位聚合包封, 再用丙烯酰胺或乙烯基吡咯烷酮(VP)共聚, 两步原位分散聚合得到了有机聚合物为壳、TiO₂为核的有机/无机复合粒子. 用红外光谱、紫外-可见光谱、透射电子显微镜等检测手段进行表征. 结果显示: 由于双亲共聚物对TiO₂纳米粒子的敏化作用, 紫外-可见光谱图上两种纳米复合粒子的最大吸收峰均有明显红移, 并且吸收光谱的范围扩大了, 其中尤以TiO₂/(PST-co-PVP)为甚. 意味着光敏化活性的提高, 特别是在可见光谱的范围内. 这种情形对宽带隙半导体材料如TiO₂纳米粒子的光催化特性是有利的, 表明这类材料的应用空间得到了拓展.     

TiO2-双亲共聚物复合纳米粒子的合成与紫外光敏特性

用偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米粒子TiO₂, 应用超声技术将TiO₂ 纳米粒子分散在甲醇介质中, 然后用苯乙烯(ST)原位聚合包封, 再用丙烯酰胺或乙烯基吡咯烷酮(VP)共聚, 两步原位分散聚合得到了有机聚合物为壳、TiO₂为核的有机/无机复合粒子. 用红外光谱、紫外-可见光谱、透射电子显微镜等检测手段进行表征. 结果显示: 由于双亲共聚物对TiO₂纳米粒子的敏化作用, 紫外-可见光谱图上两种纳米复合粒子的最大吸收峰均有明显红移, 并且吸收光谱的范围扩大了, 其中尤以TiO₂/(PST-co-PVP)为甚. 意味着光敏化活性的提高, 特别是在可见光谱的范围内. 这种情形对宽带隙半导体材料如TiO₂纳米粒子的光催化特性是有利的, 表明这类材料的应用空间得到了拓展.     

纳米结构TiO2/聚3-甲基噻吩多孔膜电极光电化学研究

用光电流作用谱、光电流-电势图、紫外-可见吸收光谱等光电化学方法研究了导电玻璃(ITO)/TiO₂/聚3-甲基噻吩(PMT)电极的光电转换性质. 结果表明, PMT膜为p型半导体, 其禁带宽度为1.93 eV. 并通过循环伏安和光电化学方法确定了其导带位置为－3.44 eV, 价带为－5.37 eV, 在纳米TiO₂与PMT之间存在p-n异质结, ITO/TiO₂/PMT电极不仅提高了光电流, 而且使产生光电流的起始波长红移至＞600 nm, 从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率.