金属氧化物基杂化型聚合物太阳电池研究

以有机共轭聚合物为电子给体和无机纳米结构为电子受体组成的杂化型聚合物太阳电池(HPSC), 是一类新型的光伏器件. HPSC将有机物和无机物的光学、电学和力学等性能集成在一起, 其最显著的优点体现在材料来源丰富、性能互补且可调控、易实现低成本组装及轻便等方面. 金属氧化物纳米结构具有环境友好、可见光区透明且易合成等特点, 是很有发展前景的电子受体材料. 本文首先简要介绍了HPSC电池的研究现状、工作原理、器件结构、和稳态及动态表征方法, 然后重点综述了在基于ZnO和TiO₂纳米结构的HPSC方面的研究进展, 包括载流子传输动力学理论模型、高效电池材料与器件的设计和制备、及纳米结构特性相关的器件性能等. 最后, 对我们的研究成果进行了总结, 并展望了电池的后续研究方向和发展前景.     

共缩聚法制备有序介孔氧化硅纳米螺旋纤维

在传统球状介孔氧化硅合成工作的基础上,以正硅酸乙(TEOS)和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)为硅源,在水体系下利用共缩聚法一步合成出具有介孔分子筛结构特征的纳米纤维,并通过扫描电子显微镜(SEM)、小角X射线衍(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附实验对样品进行了表征与分析.     

放射孔二氧化硅及其核壳结构的制备与表征

室温下以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂, 正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 氨水(质量分数25%)为催化剂, 在水-乙醇-乙醚作共溶剂的体系中以氨基化的实心二氧化硅(NH₂-sSiO₂)为添加剂, 制备了放射孔二氧化硅及其核壳结构(sSiO₂@rSiO₂). 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、小角X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附实验和孔径分布测定对其进行了表征和分析. 结果表明, 合成的产物为0.4~1 μm的球形粒子, 球上存在多级放射状孔道结构, 孔径从3 nm到几十纳米的多级孔径并存, 样品的Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积为996 m²/g. 最后对放射孔二氧化硅的形成机理及核壳结构的影响因素进行了初步探讨.     

孔隙结构可调的Cu2O球状纳米结构及其NO2气体传感性质

报道在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的协助作用下,通过简单调节OH^-离子的浓度及Cu²⁺的释放速度,将Cu₂O调节为具有不同空腔特征(介孔、空心及实心)结构的纳米球.研究表明, OH^-根离子的扩散动力学是决定产物结构的关键因素.当[OH^-] > 0.05 mol·L^-1时,高的化学势使其迅速扩散到PVP胶团内部,与吸附在PVP链上的Cu²⁺反应形成Cu(OH)₂,在抗坏血酸(Vc)的还原作用下经过重结晶得到Cu₂O实心球纳米结构;当[OH^-] < 0.025 mol·L^-1时,其扩散速度下降,首先与吸附在PVP胶团外部的Cu²⁺反应形成Cu(OH)₂, Cu(OH)₂的形成阻碍了OH^-离子的向内扩散,形成具有较大空腔(~220 nm)的空心球;当0.025 mol·L^-1 < [OH^-] < 0.05 mol·L^-1时,形成较小空腔(30-60 nm)的空心球.以NH₃水为OH^-缓释源时,虽然OH^-浓度较低,但同时Cu²⁺的浓度也低,胶团外部形成的Cu(OH)₂不足以阻碍OH^-离子的向内扩散,反应过程中NH₃的释放及较低的OH^-浓度阻碍了重结晶的发生,从而形成Cu₂O介孔纳米球.对三种典型结构特征的产物进行了NO₂气体传感性质研究,结果表明, Cu₂O介孔纳米球相比空心结构和实心结构具有更为优异的响应性.结合比表面积数据,我们认为介孔纳米球疏散的结构有利于NO₂气体的扩散和O₂的吸附,从而表现出了更灵敏的气体传感性.     

纳米技术在水中病毒灭活中的应用:对新型冠状病毒SARS-CoV-2传播阻断的启示

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情给人类社会发展和生命健康造成了巨大威胁,由于新型冠状病毒(SARS-CoV-2)在水中的稳定性,城市污水成为该病毒最集中的污染源之一,因此如何杀灭主要水媒介中的病毒也成为了科学领域关注的重要问题。新冠病毒在结构上由具有遗传效应的RNA链和蛋白衣壳组成,可受活性氧物种(ROS)攻击解体而被灭活。生化代谢的阻断和结构的破坏也是新冠病毒灭活的有效方法。纳米材料因其表面和界面效应、独特的微观结构及优异的物化性质,在新冠病毒杀灭中有很好的应用前景。本文在探讨新型冠状病毒结构组成以及其在水环境中的存活及传播特征的基础上,全面综述了纳米材料在光催化、非均相催化高级氧化、离子毒性灭活和结构效应等方面于灭活病毒中的应用,深入探究了病毒灭活行为及机理。基于此,结合新冠病毒的结构组成及传播特征,深入探讨了不同纳米技术的新冠病毒灭活中的潜在应用。该综述可为环境纳米技术应用于水中新冠病毒灭活及其在水媒介中的次生传播阻断提供理论依据和实践参考。     

硬模板法高温水热合成微孔-介孔二氧化硅及掺铝介孔二氧化硅

摘要 采用高温水热合成的方法有利于得到具备高水热稳定性的介孔二氧化硅.本研究中,我们利用α-亚麻酸在加热条件下通过胶束内聚合转化为能够耐受高温水热环境的介观模板,利用此硬模板在高温水热条件下直接合成了微孔-介孔二氧化硅及掺铝介孔二氧化硅.采用了不同的表征手段如X射线衍射（XRD）,氮气吸附,透射电镜等手段对材料进行了表征. 实验结果表明,制得的材料在沸水中处理5天后,仍能保持670m2 g-1的比表面积.透射电镜结果和NLDFT孔径分析结果显示,材料同时具备介孔和微孔结构.29Si MAS NMR谱图显示,完全缩聚的Q4型硅为材料中主要的硅组分,这解释了材料的高水热稳定性.     

热退火气氛对溶液法制备的Sb2S3薄膜组成、结构及光伏性能的影响

采用化学浴(CBD)法在TiO₂薄膜表面制备结晶性Sb₂S₃膜层, 获得了TiO₂/Sb₂S₃平板异质结, 并结合聚[2,6-{4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊并[2,1-b;3,4-b']-二噻吩}-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](PCPDTBT)空穴传输层和MoO₃电极界面修饰层, 制备了FTO/TiO₂/Sb₂S₃/PCPDTBT/MoO₃/Au平板结构太阳能电池, 研究了CBD方法中热退火气氛对Sb₂S₃薄膜的组成、 结构及光伏性能的影响. 结果表明, 在N₂气氛下退火时, 所得的Sb₂S₃膜层不致密且含有Sb₂O₃杂相, 电池效率仅为0.90%; 而在N₂-S气氛下退火时, 硫会与杂相Sb₂O₃发生反应生成Sb₂S₃, 进而得到纯净、 致密、 平整的结晶Sb₂S₃膜层. 在平板结构太阳能电池中, 光生空穴对电池光电流的产生有明显的贡献; 随着Sb₂O₃杂相的消除, Sb₂S₃薄膜中载流子的复合减少且传输速率增大, 使太阳能电池器件中电子与空穴的收集效率和短路电流显著提高, 电池效率提高了1.34倍, 达到2.04%.