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。     

硫基离子液体电解质拓宽量子点敏化太阳能电池的应用温度范围

制备了1-甲基-3-丙基咪唑硫离子液体电解质,并应用在量子点敏化太阳能电池中。通过优化S和Na₂S的浓度,电解质的电导率在25℃下达到了12.96 mS·cm^-1。差示扫描量热法分析表明离子液体电解质的玻璃化转变温度为-85℃。采用该电解质的量子点敏化太阳能电池在25℃下达到了3.03%的光电转化效率(η),与采用水基电解质的电池的效率3.34%接近。由于本文中的离子液体电解质具有低玻璃化转变温度和不易挥发的优点,采用离子液体电解质的量子点敏化太阳能电池在-20℃ (η=2.32%)及80℃ (η=1.90%)的温度下表现出了比水基电解质优异的光电转化性能。     

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。     

聚吡咯/石墨复合对电极在染料敏化太阳能电池中的应用研究

通过化学氧化法制备了聚吡咯纳米粒子, 并将其与石墨共混旋涂于ITO导电玻璃上, 作为染料敏化太阳能电池的对电极. 通过SEM观察到聚吡咯纳米粒子粒径在80～100 nm之间, 循环伏安测试表明聚吡咯电极对I₂/I^－电解质氧化还原体系具有较好的催化能力. 光伏电池的电化学交流阻抗测试结果说明掺入石墨后可有效降低聚吡咯对电极的电荷转移阻抗. 以钌染料N719为光敏剂, 聚吡咯/石墨复合电极为对电极组装成的染料敏化太阳能电池, 在AM 1.5 (100 mW•cm^－2) 的模拟太阳光照射下, 得到6.01%的光电转换效率, 达到相同条件下铂对电极性能的92%.     

活性碳载体对TiO2光催化降解Cl2CHCOOH性能的影响

研究了活性碳(AC)载体对TiO₂光催化降解Cl₂CHCOOH性能的影响.结果表明,加入AC载体能提高TiO₂的光催化反应速度,而且AC加入方法及含量有明显影响.本文探讨了TiO₂光催化性能提高的原因.     

PEDOT的电化学合成及其在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

本工作主要围绕PEDOT的合成及其在固态染料敏化太阳能电池对电极中的应用开展研究,重点研究了循环伏安法电化学沉积过程中循环次数（10~50次）对PEDOT薄膜的形貌、厚度及光学性质的影响.通过红外光谱、SEM、紫外-可见吸收光谱表征了PEDOT的结构、形貌及光性质;通过J-V、动态调制光电流谱（IMPS）/光电压谱（IMVS）以及Tafel测试表征了基于PEDOT透明对电极染料敏化太阳能电池的光电化学性能.结果表明：采用循环伏安法电沉积合成PEDOT制备固态染料敏化太阳能电池对电极时,CV循环30~40次之间时可以获得最佳的光电性能,固态器件的光电转换效率为5.34%,这是因为在该条件下所制备的PEDOT具有均匀致密的表面、较好的光学性质以及较高的光电催化性能（J₀=2.51×10^-3 A·cm^-2）,使得器件可以获得较大的扩散系数（D_n=28.80 μm²·ms^-1）和载流子扩散长度（L=21.41 μm）,有利于电荷的传输.当CV循环次数大于40次时,PEDOT薄膜会在掺氟的SnO₂透明导电玻璃（FTO）表面发生溶解、脱附,从而使得其光电催化性能下降.在双面光照条件下,以电沉积PEDOT作为透明对电极的器件光电性能提升了20%左右.     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO_2光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率(30%),引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池(p型和p-n型叠层器件)的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池研究进展

基于p型光电极的染料敏化太阳能电池是一种受到广泛关注的新型太阳能电池。根据电池的结构不同可以将其分为p型和p-n叠层型染料敏化太阳能电池。其中p-n型叠层染料敏化太阳能电池的理论光电效率可以达到43%,高于传统的基于n型TiO₂光阳极的染料敏化太阳能电池理论效率（30%）,引起了科学界的高度关注。本文将总结基于p型光电极染料敏化太阳能电池（p型和p-n型叠层器件）的研究成果,重点介绍用于p型和p-n型叠层染料敏化太阳能电池的电极材料,染料及电解质的研究进展;同时总结目前该类电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。     

染料敏化太阳能电池用固态及准固态电解质的研究进展

染料敏化太阳能电池是近十几年发展起来的新型的高效率、低成本光电化学太阳能电池,有着巨大的潜在商业价值和广阔的应用前景。电解质是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,对电池的光电转换性能及稳定性有重要影响。本文评述了最近国内外学者在染料敏化太阳能电池用固态和准固态电解质体系的研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望。     

以十二烷基苯磺酸钠为模型反应物的Y2O3/TiO2复合催化剂的制备及光降解催化性能

采用浸渍法制备了Y₂O₃/TiO₂复合氧化物催化剂,并用紫外可见光谱、SEM、BET等手段对其进行了表征.以水相十二烷基苯磺酸钠(DBS)溶液的光催化降解反应为实验模型,考察了TiO₂掺杂Y₂O₃后的光催化氧化活性,并探讨了Y₂O₃掺杂量、吸附性、焙烧温度及时间对Y₂O₃/TiO₂复合氧化物催化剂光催化活性的影响.实验结果表明:复合氧化物催化剂Y₂O₃/TiO₂存在某一最佳组分比值,当两者重量比为1:200时,其催化活性是同样条件下前体催化剂TiO₂的2.4倍.     

卟啉/二氧化钛多孔电极的光电转换效应研究

有机染料用作光能转换的敏化剂,国内外已有不少报道。将这些有机染料敏化剂载于金属或半导体基片上制成电极,可组成半导体(金属)/染料/电解液类型的光电化学电池。然而,这些电池的光电转换效率都不理想,一个重要的原因是染料不能有效地吸收入射光子。研究表明,在一个平滑的电极表面,单层染料分子仅能吸收不到1%的入射光;采用多层染料能吸收更多的光子,但同时却因为电阻增大而使光电转换效率降低。为了克服这些困难,Gratzel等人采用由二氧化钦TiO₂超微粒组成的电极吸附染料,取得了较好的效果。     

苯基磷酸联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO2薄膜电极光电性能研究

用有机光敏染料敏化半导体,通过染料分子的吸附功能基团与半导体相互作用,使染料分子与半导体表面之间建立电性耦合,进行有效的电荷转移,可以形成有机-半导体复合新型光电功能材料。联吡啶钌络合物有较强的可见光吸收、氧化还原性能可逆、氧化态稳定性高,是一类性能优越的有机光敏染料。近来许多研究发现,羧酸联吡啶钌的强吸附与TiO₂纳晶薄膜的大比表面相结合,导致光生电荷快速注入TiO₂导带达到有效的电荷分离,得到了接近100%的单色光光电流效率^[1]。为研究联吡啶钌分子的不同吸附功能基团与TiO₂纳晶薄膜表面的相互作用对提高光电性能的影响,本文报道苯基磷酸取代的联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO₂薄膜的光电性能。     

臭氧提高纳米TiO2光催化活性的ESR分析

以5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)为自由基捕获剂,分别以去离子水和二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,利用电子自旋共振(ESR)方法对UV、O₃、TiO₂/O₃、TiO₂/UV/O₂、UV/O₃和TiO₂/UV/O₃这6种体系中形成的羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(·O₂^-)进行了检测,同时考察了反应时间、催化剂投量以及体系溶解氧对TiO₂/UV/O₃体系形成·OH和·O₂^-的影响.结果显示,在纳米TiO₂光催化体系中加入臭氧,能显著增加反应体系中·OH和·O₂^-自由基的生成量,6种体系中DMPO-·OH和DMPO-·O₂^-加合物的ESR波谱峰信号强度分别为:TiO₂/UV/O₃>TiO₂/UV/O₂>UV/O₃>UV>TiO₂/O₃>O₃和TiO₂/UV/O₃≈TiO₂/UV/O₂>TiO₂/O₃>UV>UV/O₃>O₃,在TiO₂/UV/O₃体系中成功监测到·O₃^-自由基的存在.     

Fe3+掺杂TiO2光催化降解聚乙烯薄膜的研究

以快速溶胶-凝胶法制备了纳米TiO₂光催化剂，并用Fe³⁺对其掺杂改性，在室温条件下, 用于固相光催化降解聚乙烯(PE)包装薄膜的研究. 对催化剂和薄膜进行了X衍射分析(XRD)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)形貌观察. 结果表明， 60 W紫外光辐射240 h后， PE失重为8.43%, 锐钛矿型纳米TiO₂光催化剂使PE失重30.66%；用Fe³⁺掺杂后，0.5%Fe₂O3/TiO₂、1.0%Fe₂O₃/TiO₂和2.0%Fe₂O3/TiO₂分别使PE失重35.91%、20.72%和13.30%. 光催化剂加速了PE的失重，碳链的断裂和光氧化腐蚀，在薄膜表面形成大量的坑洞，降解产物中的小分子量的石蜡含量明显增高. Fe³⁺掺杂有一个最佳量， 0.5%Fe₂O3/TiO₂光催化降解PE的活性最高.     

新型CdS/TiO2纳米复合材料的制备及其可见光催化性能研究

采用浸渍法和水热法相结合制备了新型的CdS/TiO₂纳米复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、UV-Vis吸收光谱(UV-VIS)、电子自旋共振谱(ESR)等对样品进行了表征,XRD、TEM表明所制备的新型CdS/TiO₂粒径小、分散均匀,TiO₂以锐钛矿型存在,CdS以高分散的立方相和六方相存在,对比直接法制备的CdS/TiO₂,新型的CdS/TiO₂对活性艳红X-3B具有明显提高的可见光催化活性;大量的束缚单电子氧空位及电子之间强相互作用是新型CdS/TiO₂可见光催化活性提高的主要原因.     

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.     

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。     

用手性Rh(Ⅰ)复合物由3-甲基-2-氧代丁酸多相光催化不对称合成L-α-缬氨酸

本文研究了在甲醇和氨水的水溶液里,手性的(+)-diop-Rh(Ⅰ)复合物(diop:2,3-邻-异亚丙基-2,3-二羟基-1,4-双(二苯膦基)丁烷)作为不对称催化剂,粉末半导体CdS、TiO₂、Pt/CdS和Pt/TiO₂为光催化剂,用500WXe灯光照10h,3-甲基-2-氧代丁酸光催化不对称合成L-α缬氨酸已经实现,光学纯度最高达64%e.e.。     

1-苯基-5-巯基四氮唑对胶态金催化Co(Ⅲ)络合物氧化对苯二胺彩显剂的反应的影响

本文在碱性介质中,研究了PMT(1-苯基-5-巯基四氮唑)存在时胶态金催化Co(NH₃)_6Cl₃氧化对苯二胺彩显剂(PPD)的动力学,反应跟踪是通过可见紫外分光光度计监测PPD的完全氧化产物,QDI的显色反应来进行的。结果表明,在pH为10.20,且胶态金的初始浓度一定时,PMT对反应初始速率有较大的影响:PMT的初始浓度[PMT].较小时,对反应有抑制作用:而[PMT].较大时,对反应有促进作用。通过在无PMT、低[PMT].高[PMT].时对上述反应动力学的测定,我们推测PMT对反应的抑制-促进作用是由于PMT在胶态金上吸附状态的变化造成的。实验表明,当胶态金的初始浓度一定时,PMT对[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂氧化PPD的反应也有类似作用。