用于染料敏化太阳能电池的聚醚型聚氨酯凝胶电解质的研究

以聚乙二醇(PEG)和异氰酸酯为单体,添加由1,4-丁内酯溶解(C4H9)4NI/I2配制的液态电解质,形成一系列的聚醚型聚氨酯凝胶电解质。通过动态机械热分析(DMTA)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射(XRD)等方法对聚氨酯凝胶电解质结构进行表征,测试结果表明此类电解质具有良好的热稳定性和非晶相结构。同时,研究了PEG分子量、异氰酸酯单体的改变对聚氨酯凝胶电解质电导率的影响,发现PEG分子量的增大使聚氨酯凝胶电解质的电导率先增加后降低,当PEG分子量为10000时,所合成凝胶电解质的电导率达到最大,为6.13mS/cm,而异氰酸酯单体的改变对电解质的电导率影响不大。扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明这可能与聚氨酯中形成的不同网状结构有关。在100mW/cm2的入射光强下,不同分子量PEG制备的聚氨酯凝胶电解质组装的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的光电性能不同,其中PEG分子量为10000合成的聚氨酯凝胶电解质组装的电池的光电转化效率最高,为4.29%。     

二维六方p6mm有序介孔WO_3-TiO_2复合材料的制备及其可见光光催化性能

以非离子型表面活性剂为模板剂,采用蒸发诱导自组装法制备了一系列不同WO3含量的有序介孔WO3-TiO2复合材料,并表征了其孔结构、形貌、孔隙率、光谱性质及组成.结果表明,该材料呈二维六方p6mm对称和锐钛矿晶相结构;与无序WO3-TiO2复合材料相比,其比表面积(152～154m2/g)更大,孔径更均一(5.3nm),且比纯TiO2的帯隙宽度(3.0eV)更窄.将该WO3-TiO2样品用于可见光光催化降解水相中罗丹明B和2,4-二氯苯氧乙酸的反应中,发现WO3含量适当的有序介孔WO3-TiO2样品的光催化活性比无序的样品和纯TiO2的更高.     

电化学阻抗谱研究聚合物凝胶电解质对染料敏化太阳能电池性能的影响

用甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA)与N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)共聚物P(HEMA-NVP)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)与N-乙烯基吡咯烷酮共聚物P(MMA-NVP)为原料制备了聚合物凝胶电解质, 用电化学阻抗谱(EIS)研究了聚合物凝胶电解质中聚合物基质的结构与组成对准固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)光伏性能的影响. 不同交联剂用量、不同HEMA用量的P(HEMA-NVP)共聚物及不同MMA用量的P(MMA-NVP)吸收液态电解质后分别形成HGelI、HGelII、MGel凝胶电解质. 结果发现, 随共聚物P(HEMA-NVP)中交联剂由0.1%(w, 下同)增大到0.6%时, 形成的HGelI 组装的DSSCs的光电转化效率(η)先增大后降低, 交联剂用量为0.4%时, DSSCs的η为最大, 为5.54%(光强100 mW·cm^-2). 同时, 比较HGelII 系列和MGel 系列DSSCs的光电性能参数发现, 含有羟基的HGel 系列的η要高于MGel 系列, 而后者的开路电压(V_oc)值高于前者. 在HGelII 系列中, HEMA含量为60%(w)时, DSSCs的η最高. 电化学阻抗谱分析表明共聚物中交联结构的不同影响了电池内部的界面阻抗及离子的传输, 引入羟基有利于降低界面阻抗. 通过调整共聚物中交联剂用量和羟基含量可改善DSSCs的光伏性能.     

稳态和动态荧光研究疏水缔合共聚物P(AM/POEA)的自缔合行为和聚集体

应用稳态和动态荧光光谱方法,包括荧光探针、标记荧光和荧光淬灭等研究了共聚物P(AM/POEA)在水溶液中的自缔合性质.这种共聚物由丙烯酰胺(AM)和少量疏水单体2-苯氧乙基丙烯酸酯(POEA)组成.实验结果表明这类共聚物的自缔合行为和聚集体结构主要取决于聚合物的链结构和浓度.由胶束共聚合方法得到具有多嵌段结构的共聚物,它们容易发生疏水缔合,并产生很强的增粘作用,而由普通共聚合方法得到的无规共聚物却没有这些性质.同时这类聚合物的缔合类型及其增粘能力也直接与共聚物中的疏水体含量相关,随疏水体含量增加,由于分子间和分子内缔合的竞争,出现粘度先增后降的现象.在荧光研究的基础上提出了多分子聚合物聚集体的结构模型,它随聚集体浓度增加,进一步形成多联聚集体和网状结构.同时还观察到聚集体中疏水体有序排列现象.     

原位光还原法制备高分散铂沉积多孔氮化碳复合材料及其降解水中4-氟苯酚的高效可见光光催化活性

作为一种新型水中有机污染物,有机氟化物中C–F共价键的键能较大,因而很难通过传统的可见光光催化剂降解.因此,开发高效可见光光催化剂是实现在可见光照射下成功降解水中有机氟化物的关键.作为一种非金属半导体光催化剂,石墨相氮化碳(g-C3N4)因具有可见光响应、环境友好及低成本等优点而广泛应用于水中有机污染物去除.然而,体相层状结构严重限制了g-C3N4的可见光活性.这是由于体相层状结构不利于光生电子的表面迁移,同时增加了光催化反应过程的传质阻力.为了开发一种可重复使用且具有优异可见光活性的光催化剂,进而实现在可见光照射下水中有机氟化物的高效降解及矿化,本文以氯铂酸和多孔氮化碳(pg-C3N4)为前驱体,运用简单的原位光还原法成功制备出一系列高分散铂沉积多孔氮化碳复合材料(Pt/pg-C3N4),而pg-C3N4则是以三聚氰胺为原料采用前驱体预处理法制备.与传统铂沉积石墨相氮化碳(Pt/g-C3N4)复合材料相比,由于多孔氮化碳前驱体具有暴露的几何内外表面,铂纳米粒子可高度分散于其上.因此,铂纳米粒子的电子捕获效应显著增强.另外,与其他传统还原法相比,原位光还原技术还可有效抑制铂纳米粒子的自凝聚.我们对制备的Pt/pg-C3N4复合材料的形貌、孔隙率、相结构、化学组成及光电性质进行了详细表征.结果显示,与传统Pt/g-C3N4复合材料相比,由于多孔微观结构的构建以及高度分散铂纳米粒子的沉积,制备的Pt/pg-C3N4复合材料的BET比表面积显著增大,光吸收能力明显增强,光催化量子效率显著提高.在可见光条件下,初步评价了该复合材料光催化降解水中偶氮染料甲基橙的活性,然后将其进一步应用于水中4-氟苯酚的降解及矿化.结果表明,由于多孔微观结构的构建以及高度分散铂纳米粒子的沉积,所制备Pt/pg-C3N4复合材料具有相当高的可见光光催化活性.结果还显示,所制复合材料具有很高的稳定性,连续使用4次均保持相似的活性.作为一种可见光催化剂,所制Pt/pg-C3N4复合材料有望广泛应用于水中持久性有机污染物的降解以及光催化劈裂水产氢、NO分解和CO2还原等领域.     

荧光淬灭法研究疏水缔合共聚物(PAM-b-PPOEA)_n自组装聚集数

运用荧光淬灭技术,包括稳态荧光淬灭法(SSFQ)和时间分辨荧光淬灭法(TRFQ),研究了疏水缔合水溶性丙烯酰胺2苯氧基丙烯酸酯多嵌段共聚物[P(AM POEA)]在水溶液中自组装的聚集数.这类聚合物在水溶液中易形成胶束状聚集体,探针芘分子和淬灭剂二苯酮增溶于疏水微区,荧光测定结果很好地符合Poisson淬灭模型.实验结果表明聚合物链结构、聚合物浓度和无机盐对聚集体的尺寸具有重要影响.聚合物自组装聚集数NA随疏水单体含量的增加和疏水嵌段长度的减小而增大,同时也随聚合物浓度和NaCl浓度增加而增大.另外对聚合物链结构、聚集数和溶液粘度的相互关系进行了讨论.     

树枝聚醚改性聚丙烯酰胺和阴离子表面活性剂的缔合行为

采用粘度法、荧光探针技术和^1H NMR驰豫和自扩散方法，研究了树枝聚醚疏 水改性丙烯酰胺共聚物(PDAM)和十二烷基硫酸钠(SDS)在水溶液中的相互作用．这 种共聚物含有少量的树枝聚醚，具有疏水性，容易和SDS发生相互作用，在表面活 性剂浓度远低于临界胶束浓度(cmc)的情况下，生成混合胶束状聚集体．它们的缔 合行为和溶液性质明显地取决于表面活性剂的浓度，随着聚合物溶液中加入SDS， 溶液粘度发生急剧变化，并在较低的表面活性剂浓度处出现很大的最高点．荧光和 ^1H NMR测定结果表明，这是由于在不同SDS浓度范围内，PDAM/SDS形成的聚集体结 构不同的缘故．     

含树枝体疏水缔合聚合物——聚醚树枝体改性聚丙烯酰胺的合成和性质

疏水缔合聚合物是一类含有少量疏水基团的水溶性功能高分子.在水溶液中,这类聚合物在疏水作用驱动下容易发生缔合,并伴随产生独特的缔合行为和溶液性质,因此研究这类聚合物具有重要的理论和应用意义.     

新型疏水缔合聚合物P(AM/POEA)与表面活性剂的相互作用

采用粘度法、荧光探针和透射电镜研究了新型疏水缔合聚合物P(AM/POEA)和表面活性剂SDS和CTAB在水溶液中的相互作用. 聚合物P(AM/POEA)结构中, 疏水体(2-苯氧乙基丙烯酸酯)呈嵌段状无序地分布在聚丙烯酰胺主链上. 这类聚合物很容易和表面活性剂相互作用, 通过疏水缔合, 形成混合胶束状聚集体, 导致溶液粘度剧增. 随聚合物溶液中SDS的加入, 溶液粘度发生大幅度起伏变化, 出现最大值. 粘度最大值对应的表面活性剂浓度c_S,max位于表面活性剂CMC附近, 并发现它的位置不随聚合物微结构而变化. 然而它们缔合作用的增粘程度却与聚合物疏水体含量X_H及疏水嵌段尺寸N_H有关. 在实验浓度范围内, X_H和N_H愈大, 溶液的粘度越高. 此外用透射电镜直接观察到聚合物/表面活性剂体系中聚集体的交联结构形貌.     

一种简单前驱体预处理策略制备多孔氮化碳和负载型多孔氮化碳及其高效可见光光催化活性

作为一种非金属半导体光催化剂,石墨相氮化碳(g-C3N4)已广泛应用于水中有机污染物去除、劈裂水产氢、二氧化碳还原制碳氢化合物燃料以及选择性氧化有机合成等许多光催化领域.然而,聚集态层状结构和粉末物理状态严重限制了g-C3N4在非均相光催化反应中的实际应用.一方面,g-C3N4的聚集态层状结构限制了光生载流子的表面迁移并增加了光催化反应的传质阻力.另一方面,由于附加的固-液分离步骤,粉体g-C3N4不便于实际应用.因此,为解决g-C3N4的上述缺点,一些研究已经进行并集中于g-C3N4的形貌控制合成及负载.构建多孔微观结构是合成具有优异光催化活性g-C3N4的有效途径之一.本文研究表明,盐酸或乙二醇预处理的三聚氰胺均可用作制备多孔g-C3N4的前驱体.有趣的是,由于在多孔g-C3N4制备体系中不同制孔单元的共存,与通过盐酸或乙二醇单独预处理的三聚氰胺制备的多孔g-C3N4相比,通过二者共同预处理的三聚氰胺制备的多孔g-C3N4具有更丰富的多孔微观结构.与制备负载型二氧化钛不同,由于在制备g-C3N4过程中缺少溶胶-凝胶步骤,因此负载型g-C3N4较难制备.而且,对于氟-锡氧化物(FTO)基底负载的g-C3N4,在实际应用中存在一些不足.首先,FTO基底的片状物理结构不利于反应底物的扩散.其次,FTO基底的吸光效应会导致光能损失,因此g-C3N4只能在FTO基底的单面负载.最后,在g-C3N4和FTO基底之间无化学作用,因此在光催化反应过程中不可避免造成g-C3N4的损失.因此,以盐酸/乙二醇共同预处理的三聚氰胺作原料,氢氟酸/3-氨基丙基三甲氧基硅烷共同预处理的石英棒作基底,首次制备了多孔g-C3N4和负载型多孔g-C3N4.丰富的多孔微观结构使得所制多孔g-C3N4具有优异的光催化活性;且由于多孔g-C3N4与石英棒基底间存在化学作用,因而具有相当高的稳定性.另外,由于在构建石英棒反应器之后不影响光生载流子的表面迁移和目标有机污染物的扩散,因此负载型多孔g-C3N4的光催化活性与粉体多孔g-C3N4相似.所制备多孔g-C3N4和负载型多孔g-C3N4的光催化活性通过在可见光条件下单组份有机废水的处理进行初步评价.在有机污染物降解同时产氢系统中,由于水和有机污染物之间的氧化还原反应难于进行,因此与传统的光催化降解和产氢系统相比,所制多孔g-C3N4的氢气产率和降解效率均显著降低;然而,在有机污染物降解同时产氢系统中,随着该材料光催化活性的提高,氢气产率和降解效率同时提高.这是因为光催化剂电子传递能力的提高促进了有机污染物和水之间的氧化还原反应.