介孔掺镧纳米晶TiO2瞬态光伏与表面光声特性

结合瞬态光伏与表面光声技术, 研究介孔掺镧nano-TiO2光生载流子分离与复合过程及其能量转换机制. 结果表明: 锐钛矿中两种不同光伏特性的缺陷态具有光生载流子扩散距离短, 复合速度快的特点; 镧掺杂增加体缺陷态对于光伏效应的贡献, 但在某种程度上抑制主带隙的电荷分离; 模板剂种类对于主带隙电子-空穴对的分离与复合过程, 以及亚带隙无辐射跃迁引起的晶格振动均有显著的影响. 结果证实了样品表面光声与瞬态光伏现象之间存在明显的能量互补关系.     

有机化合物表面光电压谱的研究

<正> 半导体与金属接触处产生表面势垒,当光照射在样品与金属的接触界面上时,在光照面和非光照面之间建立起电位差,记录这个电位差和入射光波长的关系得到表面光电压谱。表面光电压谱反映材料的光吸收性质和电子的带-带跃迁,同时又受到光生载流子寿命的影响。应用表面光电压技术已经测量了单晶半导体的光伏效应,少数载流子的扩散长度以及表面态等。近来,王德军等用表面光电压谱的方法研究了无机半导体粉末光催化剂的活性。     

掺镧多孔TiO2纳米晶表面电子结构与能量转换机制

采用溶胶-凝胶法制备多孔掺镧纳米晶二氧化钛样品.结合光声与表面光伏技术,研究样品的光声和表面光伏特性.分析认为,掺镧后在表面上富集的La-O-Ti化合物形成的施主态活性中心吸附氧和H2O分子后生成的活性氧和羟基,导致了吸附表面光激发电荷转移跃迁的催化光反应(sensitized photoreaction)机制.实验证实,适当的镧掺杂不仪可以增强样品的表面光伏特性,而且可以有效地抑制非辐射跃迁的发生,提高光量子效率.实验在指认与样晶非辐射退激有关的电荷转移跃迁过程的同时,证实非辐射跃迁过程与样品表面是否生成活性氧和羟基活性中心无关.     

掺镧多孔TiO2纳米晶表面电子结构与能量转换机制

采用溶胶-凝胶法制备多孔掺镧纳米晶二氧化钛样品. 结合光声与表面光伏技术, 研究样品的光声和表面光伏特性. 分析认为, 掺镧后在表面上富集的La-O-Ti化合物形成的施主态活性中心吸附氧和H2O分子后生成的活性氧和羟基, 导致了吸附表面光激发电荷转移跃迁的催化光反应(sensitized photoreaction)机制. 实验证实, 适当的镧掺杂不仅可以增强样品的表面光伏特性, 而且可以有效地抑制非辐射跃迁的发生, 提高光量子效率. 实验在指认与样品非辐射退激有关的电荷转移跃迁过程的同时, 证实非辐射跃迁过程与样品表面是否生成活性氧和羟基活性中心无关.     

ZnO/BiVO4-V2O5异质结构光生电荷性质及可见光下表面光电流行为

利用水热法合成了花状和球状ZnO微纳材料,并与硝酸铋和偏钒酸铵溶液体系反应构筑了ZnO/BiVO4-V2O5复合体系.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射(XRD)对材料进行了系统的表征.利用表面光伏(SPV)、表面光电流(SPC)和瞬态光伏(TPV)技术研究了ZnO/BiVO4-V2O5表面光生电荷的产生和传输机制.结果显示该复合材料在可见区产生了良好的光电响应,获得了较高的光生载流子的分离效率,光生电荷的寿命也同时增加.在单色弱可见光(波长500 nm)照射下,复合材料产生良好重复性的表面光电流响应.     

N掺杂TiO_2纳米粒子表面光生电荷特性与光催化活性

以尿素为氮源,采用水热法制备了不同N掺杂量的TiO2(N-TiO2)光催化剂.利用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),X射线光电子能谱(XPS)及荧光(PL)光谱等技术对其进行了系统的表征.以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液的脱色降解为模型反应,分别考察了N-TiO2光催化剂在紫外和可见光区的光催化活性.利用表面光伏(SPV)和瞬态光伏(TPV)技术研究了N-TiO2纳米粒子表面光生电荷的产生和传输机制,并探讨了光生电荷与光催化活性之间的关系.结果显示,随着N含量的增大,TiO2表面光伏响应阈值红移,可见光部分光电压响应强度逐渐增强,瞬态光伏响应达到最大值的时间亦有着不同程度的延迟.这表明适量的N掺杂能够提高TiO2纳米粒子中光生载流子的分离效率,相应地延长载流子的传输时间,增加光生电荷的寿命,从而促进其光催化活性;而过量的N掺杂则增加了TiO2纳米粒子中光生载流子的复合中心,抑制其光催化活性.     

应用表面光电压谱研究固体表面酸度

测量与亚带隙辐射相关的表面光电压谱可极其灵敏地得到固体表面态信息。固体表面酸与受体表面态相关。本文用近红外光辐射测试了分子筛和杂多酸的表面光电压,观察到在900～1500 nm光谱区有表面光电压响应。不同的峰位对应不同受体表面态位置,代表不同酸的强度;峰强度对应态密度,反映了酸总量。对初步结果也进行了理论分析。     

TiO2纳米薄膜电极中光生载流子传输特性研究

采用sol-gel法制备了均匀透明的锐钛矿相纳米TiO₂薄膜电极. 通过瞬态光电流谱研究了液相电解液中所制备电极内光生载流子的传输特性. 结果表明: 在TiO₂/电解液界面处, TiO₂颗粒表面存在两种能够捕获光生电子的表面态. 一种是O₂吸附所形成的浅能级表面态(S_o), 能级位于导带下0.5 eV以内, 其捕获光生电子的起始电位约为－0.4 V; 另一种是晶格氧离子形成的深能级表面态(S_c), 能级位于带隙中部, 起电子-空穴对复合中心的作用. 二者对光生电子的捕获效率与电解液pH值及电极电位(U)有关. 高于0.4 V的电位能够显著增大光生载流子的传输速率, 降低TiO₂薄膜费米能级(E_Fn), 有效抑制表面态对光生电子的捕获, 进而提高阳极光电流的大小和稳定性.     

TiO2纳米薄膜电极中光生载流子传输特性研究

采用sol-gel法制备了均匀透明的锐钛矿相纳米TiO₂薄膜电极. 通过瞬态光电流谱研究了液相电解液中所制备电极内光生载流子的传输特性. 结果表明: 在TiO₂/电解液界面处, TiO₂颗粒表面存在两种能够捕获光生电子的表面态. 一种是O₂吸附所形成的浅能级表面态(S_o), 能级位于导带下0.5 eV以内, 其捕获光生电子的起始电位约为－0.4 V; 另一种是晶格氧离子形成的深能级表面态(S_c), 能级位于带隙中部, 起电子-空穴对复合中心的作用. 二者对光生电子的捕获效率与电解液pH值及电极电位(U)有关. 高于0.4 V的电位能够显著增大光生载流子的传输速率, 降低TiO₂薄膜费米能级(E_Fn), 有效抑制表面态对光生电子的捕获, 进而提高阳极光电流的大小和稳定性.     

纳米晶二氧化钛光声与表面光伏特性

利用溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米晶粉末. 结合光声和表面光伏技术对样品表面态性质和光诱导电荷输运特性进行研究. 结果表明, 纳米晶TiO2样品在波长为380 nm 处出现的表面光伏响应与锐钛矿型TiO2的表面电子结构有关, 属于带鄄带电荷转移跃迁;随着样品粒径的减小, 在2.38 eV 能级处形成一个具有明显受体特征的表面电子态; 依据样品光声效应和表面光伏效应之间的能量互补关系发现, 尽管随着样品平均粒径的减小无辐射跃迁产生的光声信号增强, 但是适当提高样品中金红石的相对含量, 可以显著减少样品表面无辐射跃迁的成分, 提高光量子效率.     

新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展

染料敏化纳米晶太阳电池被认为是一种能够代替硅太阳电池的新型电池。本文介绍这一有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展,重点论述了4种半导体电极的低温成膜方法,即压力法、水热合成法、微波照射法和电泳沉积法;介绍了对电极塑料薄膜化的研究成果并阐述了塑料薄膜太阳电池的开发现状及今后的研究动向。     

TiO_2纳米管阵列的制备与稀土掺杂改性研究

在水相中采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。探讨了稀土掺杂和染料敏化等因素对TiO2纳米管光电性能的影响,并对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-V is)、荧光光谱(FS)和光电测试等性能测定。实验结果表明,通过稀土(Gd3+,La3+,Y3+)掺杂TiO2纳米管的光电性能都有所提升,其中Y3+掺杂的TiO2纳米管的光电效率和填充因子最高达到0.92%和0.59,Y3+掺杂后染料敏化TiO2纳米管太阳能光阳极的光电转换效率增加了近3.2倍。     

共吸附对卟啉、酞菁/二氧化钛复合电极光电特性的影响

制备了ZnTSSP／TiO2、GaTSPC／TiO2和共吸附ZnTSSP、GaTSPc／TiO2电极，并研究了它们的光电特性．结果表明，共吸附的ZnTSSP、GaTSPc／TiO2电极不仅拓宽了光电响应范围，而且提高了光电转换效率，特别是提高了GaTSPc的光电转换效率．其原因可能是GaTSPc的聚集体没有敏化作用，而卟啉和酞菁分子与TiO2共吸附可以减少GaTSPc的聚集，有效地增强了GaTSPc的敏化能力     

A Dye-sensitized Nanocrystalline Solid State Photovoltaic Cell

Dye-sensitized photovoltaic cells based on nanocrystalline TiO, film are of considerabletechnological interest because of their high conversion efficiency and potential low cost.However the liquid junction photovoltaic cells have a series of technological problems inpractical applications. Recently, the replacement of liquid electrolyte by solid stateconductors such as ionic conducting polymers' and organic hole tfansport materialsZ hasbeen tested. In this papef, we report the fabrication of …     

光电流法研究TiO2薄膜表面吸附氧对光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型和金红石型TiO2薄膜, 利用光电流和XPS技术研究了薄膜表面吸附氧对不同晶型TiO2光催化活性的影响. 并通过降解纯的环己烷溶液的实验来评估不同晶型TiO2的光催化活性. 结果表明, 在相同条件下, 锐钛矿型TiO2比金红石型具有明显的光催化活性. 这是由于锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有较强的吸附氧的能力, 同时其光生电子与空穴的复合率相对较小所致.     

Ag/TiO2对含酚废水的光电催化降解

Ag/TiO2对含酚废水的光电催化降解;Ag/TiO2; 光电催化; 苯酚;电解质     

Ultrafast exciton dissociation followed by nongeminate charge recombination in PCDTBT:PCBM photovoltaic blends

The precise mechanism and dynamics of charge generation and recombination in bulk heterojunction polymer:fullerene blend films typically used in organic photovoltaic devices have been intensively studied by many research groups, but nonetheless remain debated. In particular the role of interfacial charge-transfer (CT) states in the generation of free charge carriers, an important step for the understanding of device function, is still under active discussion. In this article we present direct optical probes of the exciton dynamics in pristine films of a prototypic polycarbazole-based photovoltaic donor polymer, namely poly[N-11'-henicosanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), as well as the charge generation and recombination dynamics in as-cast and annealed photovoltaic blend films using methanofullerene (PC(61)BM) as electron acceptor. In contrast to earlier studies we use broadband (500-1100 nm) transient absorption spectroscopy including the previously unobserved but very important time range between 2 ns and 1 ms, which allows us not only to observe the entire charge carrier recombination dynamics but also to quantify the existing decay channels. We determine that ultrafast exciton dissociation occurs in blends and leads to two separate pools of products, namely Coulombically bound charge-transfer (CT) states and unbound (free) charge carriers. The recombination dynamics are analyzed within the framework of a previously reported model for poly(3-hexylthiophene):PCBM (Howard, I. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14866) based on concomitant geminate recombination of CT states and nongeminate recombination of free charge carriers. The results reveal that only ~11% of the initial photoexcitations generate interfacial CT states that recombine exclusively by fast nanosecond geminate recombination and thus do not contribute to the photocurrent, whereas ~89% of excitons create free charge carriers on an ultrafast time scale that then contribute to the extracted photocurrent. Despite the high yield of free charges the power conversion efficiency of devices remains moderate at about 3.0%. This is largely a consequence of the low fill factor of devices. We relate the low fill factor to significant energetic disorder present in the pristine polymer and in the polymer:fullerene blends. In the former we observed a significant spectral relaxation of exciton emission (fluorescence) and in the latter of the polaron-induced ground-state bleaching, implying that the density of states (DOS) for both excitons and charge carriers is significantly broadened by energetic disorder in pristine PCDTBT and in its blend with PCBM. This disorder leads to charge trapping in solar cells, which in turn causes higher carrier concentrations and more significant nongeminate recombination. The nongeminate recombination has a significant impact on the IV curves of devices, namely its competition with charge carrier extraction causes a stronger bias dependence of the photocurrent of devices, in turn leading to the poor device fill factor. In addition our results demonstrate the importance of ultrafast free carrier generation and suppression of interfacial CT-state formation and question the applicability of the often used Braun-Onsager model to describe the bias dependence of the photocurrent in polymer:fullerene organic photovoltaic devices.     

Cu-TiO_2/ITO膜的制备、表征及其光电化学活性的研究

以甲酸作空穴捕获剂,采用直接光还原法将Cu2+沉积到TiO2膜表面制备纳米Cu TiO2/ITO膜.并分别应用紫外可见光漫反射、X 射线衍射、扫描电镜及光开路电压等实验表征.再以甲酸为模型化合物,研究Cu沉积和外加电场对TiO2光催化活性的协同增强作用.结果表明:沉积在TiO2膜表面的铜是以Cu(0)形式存在,Cu沉积对抑制光生电子 空穴的复合有明显的促进作用.于Cu TiO2/ITO膜电极施加适当正偏压,即能明显提高其催化活性.在本文实验条件下,以外加电场和Cu沉积相结合能使TiO2光催化降解甲酸的速率常数增加2.8倍.