染料敏化La~(3+)掺杂的TiO_2纳晶薄膜制备及其光电性能

采用溶胶-凝胶法制备出La3+掺杂的TiO2纳米粉体材料,通过料浆喷涂工艺制得掺杂La3+的TiO2薄膜并将其以N719染料敏化制成染料敏化太阳能电池(DSSC)。以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和DSSC测试系统对制得的La3+掺杂的TiO2纳米粉体材料、相应的La3+掺杂的TiO2薄膜以及制成的DSSC分别进行测试表征,研究了La3+掺杂对TiO2晶型和染料敏化太阳能电池性能的影响。XRD测试结果表明,La3+的掺杂改善了TiO2的颗粒分布;电池的测试结果说明,La3+掺杂量为0.5%,煅烧温度为450℃时制备的纳米TiO2膜DSSC电池性能最佳,光电转换效率达1.926%。     

纳米氧化镍浓度对磁性准固态染料敏化太阳能电池的影响

以琼脂糖为聚合物基质,N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,磁性纳米氧化镍颗粒作为添加剂用于制备染料敏化太阳能电池(DSSC)的磁性聚合物电解质。通过SEM与离子电导率测试研究不同纳米氧化镍掺杂浓度对磁性聚合物电解质的影响,并对相应的染料敏化太阳能电池进行光电性能测试与电化学交流组抗谱(EIS)测试,结果表明:1.0wt%的纳米氧化镍掺杂浓度为最优掺杂浓度,在此浓度下聚合物电解质的表面形貌较为平整,同时电解质具备最高离子电导率(2.43×10-3S.cm-1);染料敏化太阳能电池的光电效率与电子寿命均随着纳米氧化镍掺杂浓度的增加而先增加后降低,并都在纳米氧化镍掺杂浓度为1.0wt%达到最大,此时电池的光电效率为1.63%、开路电压为0.57 V、短路电流密度为5.8 mA.cm-2、填充因子为0.53。     

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%.     

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。     

TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成法在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃基底上得到TiO2纳米阵列薄膜,并进一步通过NaOH溶液水热处理制备了由巢状纳米阵列及纳米片覆盖层构成的TiO2纳米阵列分级结构一体化薄膜.采用场发射扫描电镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和吸收光谱技术对TiO2薄膜的结构和性质进行表征.FE-SEM结果表明:分级结构TiO2薄膜膜厚为1.5μm,薄膜由一层纳米片覆盖层(约0.2μm高)和一层巢状纳米阵列层(约1.3μm高)组成.XRD谱图表明TiO2薄膜为锐钛矿相.UV-Vis光谱显示分级结构TiO2薄膜具有较强的光捕获能力和染料吸附能力.TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜作为光阳极,可有效地提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,其短路电流(Jsc)为7.79mA·cm-2,开路电压(Voc)为0.80V,填充因子(FF)为0.40,光电转换效率(η)为2.48%,其光电转换效率较TiO2纳米阵列薄膜提高了近10倍.     

钌配合物敏化La3+掺杂纳米多孔TiO2电极的光电性能研究

在染料敏化太阳能电池中,TiO2膜和敏化剂决定着电池的总体效率和机械性能。本文以4-甲基吡啶为原料,经过偶联、氧化、配位和配体交换反应合成了cis-RuL2(SCN)2, (L=2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸),通过溶胶-凝胶法制备了TiO2膜。为了提高TiO2膜的光电性能,将不同浓度的La(NO3)3 (0.1%、0.3%、0.5%和0.7%) 加入到溶胶中,采用cis-RuL2(SCN)2将掺杂前后的TiO2膜进行敏化。利用X射线衍射仪、原子力显微镜和X射线光电子能谱对所得薄膜进行结构表征。结果表明,当La离子的浓度为0.5%时,太阳能电池的效率最高,短路电流和开路电压比未掺杂的分别提高了0.54 mA/cm2和30.41 mV。     

N3敏化Ho3+离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响. TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率, 而另一方面它也能够抑制电荷复合. 结果表明, 在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层, 在电极表面就形成了一个势垒, 能够有效抑制电极表面的电荷复合, 从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率. 在93.1 mW·cm-2白光照射下, TiO2/Ho-0.1 和TiO2/Ho-0.2(0.1 和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度, 单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%, 与TiO2电极(7.2%)比较, 分别增大了15%和5%.     

N3敏化Ho~（3＋）离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响.TiO2表面氧化钬的存在一方而降低了染料和TiO2之间的电子注入速率,而另一方面它也能够抑制电荷复合.结果表明,在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的HO3+离子层,在电极表面就形成了一个势垒,能够有效抑制电极表面的电荷复合,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率.在93.1 mW·cm-2白光照射下,TiO2/Ho-0.1和TiO2/Ho-0.2(0.1和0.2分别是修饰TjO2电极的Ho3+液的浓度,单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%,与TiO2电极(7.2%)比较,分别增大了15%和5%.     

葡萄皮色素敏化TiO_2的光电转换性能的研究

1991年,Gratzel[1]教授首次报道了染料敏化多孔TiO2纳米薄膜为光阳极的太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells,简写为DSSCs),其光电转化效率在AM1.5的模拟太阳光照射下可以达到7.1～7.9%,并且价格低廉,因而引起了全世界的关注.     

阳极氧化TiN薄膜制备N掺杂纳米TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过电泳沉积(EPD)的方法在Ti片表面制备TiN薄膜, 然后对TiN薄膜进行阳极氧化得到N掺杂多孔纳米结构的TiO2薄膜. 利用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM)及光电化学方法对得到的薄膜进行表征. XRD测试结果表明, 经过阳极氧化并在350 ℃空气气氛中退火1 h的薄膜中存在锐钛矿晶型的TiO2. XPS的结果表明, 样品中的N元素取代部分O, 且N的摩尔分数为0.95%. SEM显示, 经阳极氧化后薄膜表面出现多孔纳米结构. 光电化学测试结果显示, 阳极氧化提高了N掺杂TiO2薄膜在可见光下的光电响应. 经阳极氧化并热处理的薄膜在0 V电位及可见光照射下光电流密度为2.325 μA·cm-2, 而单纯热处理的薄膜在相同条件下光电流密度仅为0.475 μA·cm-2. 阳极氧化得到纳米多孔结构提高了N掺杂纳米TiO2薄膜的表面积, 从而对可见光的响应增大.     

铝基板的界面扩散对薄膜型TiO2光催化活性的影响

以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法在铝基板表面制备了纳米晶TiO2薄膜. 运用XRD、SEM和XPS对制得的薄膜进行表征, 并测试了薄膜光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性. 结果表明, TiO2薄膜样品在450 ℃焙烧30 min后, 晶粒排列比较致密, 粒径为10-20 nm, 并与铝基板紧密结合; 薄膜与铝基板发生了明显的界面扩散, 薄膜中的Al元素来自铝基板的界面扩散, 且界面层很宽, 扩散层厚度约为75 nm; 界面扩散的发生直接导致了TiO2薄膜的光催化活性下降. 但随着薄膜厚度增加, 铝基板对TiO2薄膜降解亚甲基蓝催化活性的影响不断减小.     

介孔TiO2-ZnO复合薄膜的制备与表征

以三嵌段聚合物P123为模板剂, 以钛酸异丙酯和二水乙酸锌为无机前驱体, 利用溶胶-凝胶法和旋涂法成功地制备了不同ZnO含量的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 在ZnO前驱体摩尔分数为0~50％范围内获得薄膜质量较高的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 用小角XRD、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)对所得的复合薄膜进行了表征和分析. EDS和XPS等研究证明介孔薄膜为TiO2和ZnO的复合体系, 且ZnO前驱体含量的增加仍能保持TiO2-ZnO复合薄膜的均匀性. UV-Vis研究结果表明, 介孔复合薄膜的光学带隙宽度为3.45-3.58 eV, 随着ZnO含量的增加, 复合薄膜的紫外吸收蓝移.     

TiO2-MoO3复合纳米管阵列薄膜的制备及其可见光活性

通过阳极氧化的方法制备TiO₂纳米管薄膜, 在MoO₃存在的条件下对该薄膜进行热处理得到TiO₂-MoO₃复合纳米管阵列薄膜. 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), 电化学阻抗谱(EIS), Mott-Schottky 及光电化学方法对得到的薄膜进行了表征. XRD结果表明, TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型. SEM实验证实了薄膜纳米管结构的存在, 样品中的MoO₃均匀地分散在TiO₂纳米管表面. 利用XPS方法分析了TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜元素的组成, 结果表明, MoO₃在TiO₂表面形成TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜. 研究了热处理温度以及热处理时间对样品的光电化学性能的影响, 相对于单纯TiO₂纳米管薄膜, 适量引入MoO₃提高了样品在可见光区的光电响应能力, 样品的平带电位负移. 在450 °C热处理60 min制得的TiO₂-MoO₃复合半导体纳米管阵列薄膜光电响应活性最高.     

Preparation of nitrogen-substituted TiO2 thin film photocatalysts by the radio frequency magnetron sputtering deposition method and their photocatalytic reactivity under visible light irradiation

Nitrogen-substituted TiO2 (N-TiO2) thin film photocatalysts have been prepared by a radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition method using a N2/Ar mixture sputtering gas. The effect of the concentration of substituted nitrogen on the characteristics of the N-TiO2 thin films was investigated by UV-vis absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The absorption band of the N-TiO2 thin film was found to shift smoothly to visible light regions up to 550 nm, its extent depending on the concentration of nitrogen substituted within the TiO2 lattice in a range of 2.0-16.5%. The N-TiO2 thin film photocatalyst with a nitrogen concentration of 6.0% exhibited the highest reactivity for the photocatalytic oxidation of 2-propanol diluted in water even under visible (lambda > or = 450 nm) or solar light irradiation. Moreover, N-TiO2 thin film photocatalysts prepared on conducting glass electrodes showed anodic photocurrents attributed to the photooxidation of water under visible light, its extent depending on wavelengths up to 550 nm. The absorbed photon to current conversion efficiencies reached 25.2% and 22.4% under UV (lambda = 360 nm) and visible light (lambda = 420 nm), respectively. UV-vis and photoelectrochemical investigations also confirmed that these thin films remain thermodynamically and mechanically stable even under heat treatment at 673 K. In addition, XPS and XRD studies revealed that a significantly high substitution of the lattice O atoms of the TiO2 with the N atoms plays a crucial role in the band gap narrowing of the TiO2 thin films, enabling them to absorb and operate under visible light irradiation as a highly reactive, effective photocatalyst.     

直流反应磁控溅射制备的Mo掺杂TiO2薄膜的光电特性

通过直流反应磁控溅射制备了不同Mo掺杂量的Mo-TiO2薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计详细研究了Mo掺杂量对薄膜表面形貌、晶体结构、元素价态及吸收带边的影响.用瞬态光电流和循环伏安法考察了不同Mo含量ITO/Mo-TiO2电极的光电特性.结果表明:在TiO2薄膜中掺入的Mo以Mo6+和Mo5+两种价态存在;随着Mo掺杂量的增加,Mo-TiO2薄膜的晶粒尺寸逐渐减小,晶格畸变增大,吸收阈值显著红移;薄膜的禁带宽度先减小后增大,在Mo掺杂量为2.7%(n(Mo)/n(Ti))时禁带宽度最小;Mo掺杂量为0.9%的样品在氙灯下的光生电流最大,且随着所加阳极偏压的提高光生电流并未呈现出饱和的趋势.此后随着掺杂量的提高,薄膜的光生电流开始下降,当Mo掺杂量达到3.6%时,薄膜的光电流小于未掺杂的样品;说明适当浓度的Mo掺杂能够提高Mo-TiO2薄膜光电性能,光生电流最大可达未掺杂的2.4倍.     

液相沉积法制备TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜

研究了用液相沉积法在TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜的过程.通过透射电镜(TEM)和酸溶实验分析,证实本实验在TiO2颗粒表面包覆了一层连续、致密的SiO2纳米膜.ζ-电位分析表明,颗粒表面只需少量包覆就可以显著改变颗粒表面的电动力学行为.采用 X射线荧光光谱分析仪（XRF）测定SiO2包覆量随包覆过程的变化.通过X射线光电子能谱（XPS）分析,获得Ti 2p、Si 2p及 O 1s电子结合能及其相对强度随包覆过程的变化规律,揭示硅酸分子在TiO2颗粒表面的包覆过程.分析表明,初期形成的活性硅酸分子与TiO2颗粒表面的羟基反应形成Ti－O－Si键,后期形成的硅酸分子与已键合在表面的硅酸发生缩合反应,形成连续致密的硅膜,膜层在陈化过程中继续缓慢生长.     

自组装成膜技术制备TiO2薄膜的XPS研究

采用自组装成膜技术制备里TiO2薄膜,应用X射线光电子能谱研究自组装膜及其氧化膜和淀积的TiO2薄膜，结果表明，硅烷偶联剂成功地组装在玻璃基片上，足够长时间的氧化对使端基（-SH）完全氧化为磺酸基，淀积在基片上的TiO2膜牢固性好，平均膜厚在10nm．淀积膜中的钛可能有几种不同的氧化态，不同的酸度影响TiO2的淀积效果     

TiCl4水解法制备的阻挡层对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

通过不同浓度的TiCl₄溶液水解, 在光阳极导电玻璃(FTO)基底上制备了阻挡层薄膜, 以此来抑制FTO表面的光生电子与I₃^-之间的复合反应, 采用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射分别测试了阻挡层薄膜的组成, 用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计测试了阻挡层的形貌和对光的透过率, 在AM1.5和暗环境下分别测试了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电性能. 实验结果表明: 用此方法可以获得由TiO₂粒子组成的阻挡层薄膜; 阻挡层薄膜的形貌随着TiCl₄溶液浓度的增加而改变, 它的厚度随着TiCl₄溶液浓度的增加而增加; 引入阻挡层后, FTO对光的透过率都会下降; 这一薄膜的引入可以提高电池的光电性能, 用0.04 mol·L^-1的TiCl₄溶液制备的阻挡层对暗电流的抑制作用最为明显, 电池在AM1.5的条件下测试, 转换效率最高达7.84%.     

Electrochemically induced atom-by-atom growth of ZnS thin films: a new approach for ZnS co-deposition

Ultrathin films of ZnS were grown on Au (111) substrates using a novel, simple co-deposition method and characterized using X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and UV-visible spectroscopy. Cyclic voltammograms were used to determine approximate deposition potentials for co-deposition. XRD shows that the material growth is highly preferential with (111) orientation. Both AFM and XRD data indicate that the ZnS growth mechanism starts by the formation of rounded nanoparticles at the surface and then continues by lateral and vertical growth to form flat square crystallites of ZnS. UV-vis spectra taken for the ZnS thin films with various thicknesses, which is related to deposition time, shows that the band gap of the ZnS decreases as the film thickness increases.