多孔硅/TiO2纳米线光阳极的制备及其光电催化性能

使用金属辅助化学刻蚀(MACE)法与水热法,改变贵金属粒子的刻蚀时间,制备不同n型多孔硅/TiO_2纳米线光阳极。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对光阳极样品进行表征,结果显示多孔硅宏孔的尺寸会随着刻蚀时间延长而增大,由0.1μm变化到0.4μm,多孔硅表面长有TiO_2纳米线为金红石相及少量锐钛矿相。测试结果显示刻蚀35 min的多孔硅/TiO_2样品具有最高的减反射率,在模拟太阳光下具有较高的光电流(光电流密度)活性,且在1.5 V外加偏压下具有最高的光电催化活性。这是由于刻蚀35 min的多孔硅基底具有优异的减反射性能,同时多孔硅与Ti O_2纳米线复合形成光阳极之后具有异质结效应和窗口效应,使得多孔硅/TiO_2纳米线光阳极具有优异光电化学性能。     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯TiO₂(P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的DSSC光电性能提高了15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

基于TiO2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

过氧化钛配合物(PTC)体系在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

本文利用水性过氧化钛配合物(peoxotitanium complex:PTC)前驱体可低温合成锐钛矿TiO₂溶胶的特性,将其用作柔性染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光阳极材料的成膜助剂.研究发现:加入基于PTC制得的TiO₂溶胶可以明显提高DSSC的光电转换性能,在制备DSSC的浆料中加入10%(体积分数)的基于PTC制得的TiO₂溶胶后,电池的光电效率可以提升50%.我们进一步研究了光电转换效率的影响因素,结果表明,溶胶的加入量和反应时间均有一最佳值,当基于PTC的TiO₂溶胶添加量为10%,反应时间为9h,所得到电池的光电性能最好.     

基于TiO_2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能（英文）

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

基于单晶TiO_2纳米颗粒光阳极的高效染料敏化太阳能电池

以阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列为原料,在含氟化铵的密闭环境中通过热处理直接将TiO_2纳米管阵列转化为单晶TiO_2纳米颗粒膜.不同热处理时间样品的扫描电子显微镜(SEM)图表明,单晶TiO_2纳米颗粒是由TiO_2纳米管坍塌后重新生长成的.X射线衍射(XRD)及高倍率透射电子显微镜(HR-TEM)图显示出TiO_2纳米颗粒为锐钛矿单晶.将这种单晶TiO_2纳米颗粒膜转移到导电玻璃上制备染料敏化太阳能电池光阳极,获得良好的光电性能.对单晶TiO_2纳米颗粒膜厚度进行优化后,染料敏化太阳能电池最高光电转换效率达到8.66%,单色光光电转换效率最高值为86.70%.该方法是一种非水热制备法,克服了水热法对产量的限制,从而为大量制备高质量单晶TiO_2纳米颗粒提供了一种简单可行的方法.     

含有TiO2刺球散射中心光阳极的设计及其在染料敏化太阳能电池的应用

采用水热法制备了一种刺球状TiO_2(NT),将其作为光散射中心,与纳米晶TiO_2混合,制备成一种底层为P25薄膜(作为染料吸收层),上层为添加NT散射层的混合结构的薄膜光阳极。探讨了NT添加量对薄膜性能的影响,实验结果表明,当NT与P25粉体的质量比为35%时电池光电性能最优,电池短路光电流密度为14.30 m A·cm~(-2),其光电转换效率达到7.38%。质量比继续增大,当达到50%时电池性能有所下降,光电转换效率降为5.99%,同时染料吸附量也由73.2μmol·cm~(-2)降到70.1μmol·cm~(-2)。这表明过量的大颗粒TiO_2刺球散射中心会减少光阳极的比表面积从而降低染料的有效吸附量,并且还会引起不必要的反向散射,只有适量的散射中心才能得到最佳性能的太阳能电池器件。     

g-C_3N_4基多功能层光阳极在光电化学水分解中的应用（英文）

光电化学分解水制氢可以一并解决环境问题和能源危机,因而成为研究热点.由于TiO_2 禁带宽度较大,不能有效吸收太阳光中的可见光,使光电化学分解水制氢的应用受限.g-C_3N_4的禁带宽度约为2.7 e V,能有效吸收可见光,但g-C_3N_4薄膜制备研究较少.我们通过热聚缩合法直接在FTO导电玻璃上制备出g-C_3N_4薄膜,发现其光电化学分解水制氢稳定性不高,选择易制备的TiO_2 作为保护层可以提高g-C_3N_4的耐用性.此外,为提高g-C_3N_4光生电子空穴对的分离能力,依靠Co-Pi对光生空穴的捕获作用而将其覆盖在最外层.因此本文首次制备一种新型的g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极用于光电化学分解水制氢,其中g-C_3N_4用作光吸收层,TiO_2 用作保护层,Co-Pi用作空穴捕获层.并在此基础上,通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),紫外可见光谱(UV-Vis)等手段研究了g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极的形貌特征和光电化学性能.SEM、EDS和XRD结果表明,g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极被成功制备在了FTO导电玻璃上,厚度约为3μm.UV-Vis测试表明,g-C_3N_4的光吸收边约为470 nm,可以有效地吸收可见光,并且g-C_3N_4的框架结构使光多次反射折射增加了光的捕获能力,由此可见,g-C_3N_4能够发挥很好的光吸收层作用.通过对g-C_3N_4光阳极,g-C_3N_4/TiO_2 光阳极和g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极的电流电压测试发现,g-C_3N_4/TiO_2 光阳极的光电流密度小于g-C_3N_4光阳极,而g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极的光电流密在可逆氢电极1.1 V下达到了0.346 mA?cm–2,约为单独g-C_3N_4光阳极的3.6倍.这说明Co-Pi是提升g-C_3N_4光电化学性能的主要因素.电化学阻抗测试结果发现,g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极的界面电荷转移电阻小于g-C_3N_4光阳极的,这表明g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极界面处载流子转移较快,同时也能促进内部光生电子空穴对的分离,整体性能的提高应该主要归因于Co-Pi对光生空穴的捕获作用.恒电压时间测试展示出g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极的光电流密度在2 h测试过程中没有明显下降,表明g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极是相当稳定的,具有良好的耐用性,归因于TiO_2 和Co-Pi的共同保护作用,主要归因于TiO_2 层对FTO导电玻璃上的g-C_3N_4薄膜保护,从电化学沉积Co-Pi到所有测试结束.总体而言,g-C_3N_4/TiO_2 /Co-Pi光阳极加强的光电化学性能归因于以下几个因素:(1)g-C_3N_4优异的光吸收能力;(2)TiO_2 稳定的保护提升了g-C_3N_4薄膜的耐用性;(3)Co–Pi对光生空穴的捕获有效促进了光生电子空穴对的分离.     

双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯 TiO₂ (P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的 DSSC 光电性能提高了 15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

氮掺杂TiO_2纳米线阵列优越的可见光光电性能(英文)

成功制备了氮掺杂锐钛矿TiO2纳米线,并研究了它的光电化学性质.结果表明,与商用P25 TiO2纳米粒子和未掺杂TiO2纳米线相比,氮掺杂TiO2纳米线作为光阳极明显地提高了光电转换效率(IPCE%),在可见光区有明显光吸收;在100 mW/cm2可见光光照下,氮掺杂TiO2纳米线具有最大的光电流密度和能量转换效率.例如,当电压为0.09 V(vs.Ag/AgC l)时最大能量转换效率为0.52%,均高于未掺杂TiO2纳米线和商用P25 TiO2纳米粒子的,充分表现出它优越的光响应和光电化学性能,在光电化学池、太阳能制氢等方面具有广泛的应用前景.     

退火对TiO2纳米管/线复合阵列表面光电性质的影响

采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管/线复合阵列. 利用表面光电压谱(SPS)和场诱导表面光电压谱(FISPS)研究了退火对TiO2纳米管/线复合阵列表面光电性质的影响. 结果表明, TiO2纳米管/线复合阵列在晶化前后的导带边缘均出现了束缚激子态, 晶化前由于自建场较弱, 束缚激子态能在正负电场作用下发生不对称偏转; 晶化后, 晶体结构从非晶态变为晶态, 自建场增强, 束缚激子态对正电场敏感并表现出明显的光伏响应, 而在负电场作用下束缚激子态没有任何光伏响应.     

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.     

单根TiO2纳米线一维电子输运性能

采用电化学诱导溶胶-凝胶法, 在多孔氧化铝模板(AAO)的纳米孔道内制备了直径分别为60 和20 nm的锐钛矿型TiO₂纳米线阵列. 利用原子力显微镜(AFM)技术, 在半接触模式下得到了TiO₂纳米线的形貌像, 在接触模式下测量了单根TiO₂纳米线的I-V曲线. TiO₂纳米线的电子输运性能表现为半导体的性质. TiO₂纳米线的导通电压值明显小于TiO₂块体,并且随着TiO₂纳米线直径的减小, 导通电压值增大.     

温度控制TiO2纳米管及管/线复合阵列的制备

以含有NH4F的乙二醇溶液为电解液,在宽温度范围内(10~70℃)对纯Ti表面进行阳极氧化,制得形貌可控的TiO2纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对纳米TiO2的形貌进行表征。结果表明,随着电解液温度的变化,纳米TiO2的形貌得到控制,可形成TiO2纳米管阵列及纳米管阵列/纳米线复合结构,温度40~50℃为转折温区。     

Pd nanowire arrays as electrocatalysts for ethanol electrooxidation

Highly ordered Pd nanowire arrays were prepared by template-electrodeposition method using anodic aluminum oxide template. The Pd nanowire arrays, in this paper, have high electrochemical active surface and show excellent catalytic properties for ethanol electrooxidation in alkaline media. The activity of Pd nanowire arrays for ethanol oxidation is not only higher that of Pd film, but also higher than that of commercial E-TEK PtRu(2:1 by weight)/C. The micrometer sized pores and channels in nanowire arrays act as structure units. They make liquid fuel diffuse into and products diffuse out of the catalysts layer much easier, therefore, the utilization efficiency of catalysts gets higher. Pd nanowire arrays are stable catalysts for ethanol oxidation. The nanowire arrays may be a great potential in direct ethanol fuel cells and ethanol sensors.     

A novel photoanode architecture of dye-sensitized solar cells based on TiO2 hollow sphere/nanorod array double-layer film

A novel TiO(2) double-layer (DL) film consisting of TiO(2) hollow spheres (HSs) as overlayer and single-crystalline TiO(2) nanorod arrays (RAs) as underlayer was designed as the photoanode of dye-sensitized solar cells (DSSCs). This new-typed TiO(2) HS/RA DL film could significantly improve the efficiency of DSSCs owing to its synergic effects, i.e. the relatively large specific surface area of TiO(2) HSs for effective dye adsorption, enhanced light harvesting capability originated from TiO(2) RA film, and rapid interfacial electron transport in one-dimensional TiO(2) nanorod arrays. The overall energy-conversion efficiency of 4.57% was achieved by the formation of TiO(2) DL film, which is 16% higher than that formed by TiO(2) HS film and far larger than that formed by TiO(2) RA film (η=0.99%). The light absorption and interfacial electron transport, which play important roles in the efficiency of DSSCs, were investigated by UV-vis absorption spectra and electrochemical impedance spectra.     

ZnO nanowire arrays coating on TiO2 nanoparticles as a composite photoanode for a high efficiency DSSC

A novel composite photoanode with ZnO nanowire arrays coating on the top of TiO(2) nanoparticles is fabricated, and an efficiency of 4.52% is achieved for the composite cell, far higher than both 0.90% of the ZnO nanowire cell and 3.56% of the TiO(2) nanoparticle cell. The improved efficiency is resulted from the high surface area of nanoparticles, as well as fast electron transport and light scattering effect of nanowires.     

糖葫芦状二氧化钛纳米线阵列的制备及其光催化性能

 采用溶胶-电泳技术,在多孔阳极氧化铝(PAA)模板的有序孔洞中制备了高度取向的糖葫芦状TiO2纳米线阵列光催化剂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射对样品进行了表征. 结果表明, TiO2纳米线为锐钛矿晶型,纳米线直径与PAA模板的孔径一致,且分布均匀. 纳米线取向性极好,每根纳米线都具有周期性凹凸,形似糖葫芦,因此命名为糖葫芦状TiO2纳米线阵列. 以甲基橙的降解反应评价了光催化剂的活性,与相同条件下制备的TiO2/玻璃膜相比, TiO2纳米线阵列在光照1 h时对甲基橙的降解率达到93.6%, 比前者提高了40.2%, 具有很好的光催化活性.     

Synthesis of TiO2 nanocoral structures in ever-changing aqueous reaction systems

A far-from-equilibrium strategy is developed to synthesize coral-like nanostructures of TiO(2) on a variety of surfaces. TiO(2) nanocoral structures consist of anatase base film and rutile nanowire layers, and they are continuously formed on substrates immersed in aqueous TiOSO(4)-H(2)O(2). The sequential deposition of TiO(2) starts with hydrolysis and condensation reactions of titanium peroxocomplexes in the aqueous phase, resulting in deposition of amorphous film. The film serves as adhesive interface on which succeeding growth of rutile nanowires to occur. This initial deposition reaction is accompanied by shift in pH of the reaction media, which is favorable condition for the growth of rutile nanocrystals. During the growth of rutile nanocoral layers, the amorphous base films are transformed to anatase phase. These sequential deposition reactions occur at temperatures as low as 80 °C, and the mild synthetic condition allows the use of a wide range of substrates such as ITO (indium tin oxide), glass, and even organic polymer films. The thickness of nanocoral layer is controllable by repeating the growth reaction of rutile nanocorals. TiO(2) nanocorals show photocatalytic activity as demonstrated by site-specific reduction of Ag(I) ions, which proceeds preferentially on the rutile nanowire layer. The rutile nanowire layer also shows photocatalytic decomposition of acetaldehyde, which is promoted upon increase of the thickness of the nanowire layer. The use of temporally transforming reaction media allows the formation of biphasic TiO(2) nanocoral structures, and the concept of nonequilibrium synthetic approach would be widely applicable to developing structurally graded inorganic nanointerfaces.     

阳极氧化铝模板法可控制备金属纳米线和纳米管阵列的生长机制

利用阳极氧化铝模板(AAO)进行Ni的电化学沉积, 通过在溶液中引入螯合剂控制电解质的有效浓度和电沉积的过电位, 实现了Ni纳米线和纳米管阵列的可控制备. 通过分析电沉积过程中纳米线和纳米管在不同位置生长速率(侧壁(Vw)和底端(Vb))的控制因素, 我们提出了纳米线和纳米管生长的可能机制. 当电解质浓度高而还原电位更负(如-1.5 V)时, 或者当电解质浓度低而还原电位较负(如-0.5 V)时, Vw>Vb, 可以获得Ni纳米管阵列; 当电解质浓度高而还原电位较负(如-0.5 V)时, 或者当电解质浓度低而还原电位更负(如-1.5 V)时, Vw≈Vb, 可以获得Ni纳米线阵列. 这种生长机制适用于多种金属纳米管或者纳米线阵列的可控制备.