无机纳米晶-共轭聚合物异质结光电池研究进展

无机纳米晶_共轭聚合物固体薄膜太阳能电池是一种以半导体纳米晶作为电子受体、共轭聚合物作为电子给体的新型异质结光电池,近年来已成为国内外研究的热点。本文综述了近几年国际上关于这一领域的研究进展,重点讨论了几种最具潜力的无机半导体纳米晶(CdSe、TiO2、ZnO)共轭聚合物(P3HT、MEHPPV、MDMOPPV)复合太阳能电池,探讨了其光电转化机理并研究了纳米粒子的形貌、共混比例、制备方法和表面改性等对聚合物太阳能电池性能的影响。     

硅纳米晶的制备及其在太阳电池中的应用研究

硅纳米晶由于量子限域效应的作用而产生了多种不同于体硅材料的新特性,如荧光效应显著、光学带隙可调等,因而在微电子、光伏、生物医学等领域受到极大的重视。本文介绍了分立的硅纳米晶颗粒和硅纳米晶薄膜的制备方法,并对比了不同方法制备硅纳米晶体的优缺点。着重介绍了硅纳米晶体在太阳电池中应用的几种方式,包括利用纯硅纳米晶薄膜制备太阳电池、硅纳米晶体与有机薄膜基质结合形成复合结构太阳电池、含有硅纳米晶颗粒的硅墨水在太阳电池中的应用等。     

固体纳米孔分析技术的研究进展

纳米孔分析技术是一种低成本、无需荧光标记和扩增的单分子检测技术,其中基于固体材料的纳米孔由于稳定性高、耐受性好、尺寸可控、易于修饰等优点,在化学和生命科学等领域得到广泛应用。固体纳米孔主要由薄膜和管材料两种类型材料制备,其中常见的薄膜纳米孔包括氮化硅、二维材料、氧化铝以及聚合物薄膜,管材料主要包括玻璃毛细管和碳纳米管。本文总结了固体纳米孔分析技术的研究进展,展望了发展前景。     

聚合物与纳米晶的杂化及性能优化

聚合物-纳米晶杂化材料因结合了有机和无机材料的优点而逐渐地受到了人们普遍的关注,聚合物为纳米晶的形成与生长提供了优良的环境,纳米晶的引入同样也增加和强化了聚合物的功能特性.如聚硫代氨基甲酸酯与TiO2杂化的高折射率薄膜,该薄膜不仅保持了原有的性能,而且有较高的折射率.此外,还有许多不同纳米粒子与不同聚合物的杂化体系.如...     

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.     

CoFe2-xRExO4(RE=Tb,Dy)纳米晶薄膜的化学合成及磁性

以溶胶-凝胶法制备了稀土铽或镝掺杂的钴尖晶石铁氧体纳米晶薄膜.考察了Tb或Dy的掺杂量及晶化条件对晶相的影响.结果表明,稀土离子的掺杂量x超过0.3时,样品很难形成尖晶石单相.原子力显微镜对纳米晶薄膜表面形貌的观测显示,溶胶-凝胶法制备的薄膜粒度可控制在20～50nm,且具有较高的表面平整度.对于厚度为200nm的薄膜,均方根粗糙度仅为4～5nm.磁特性研究发现,掺杂Tb或Dy的样品矫顽力明显提高.     

纳米晶双相稀土永磁合金透射电镜薄膜样品的制备

探讨了纳米晶双相稀土永磁合金在ＰＴＦＥ夹具园片抛光法和在离子薄化技术中的电镜薄膜样品的制备,比较了利用离子薄化和电解双喷加离子薄化技术获得的纳米晶双相稀土永磁合金的透射电分析结果,优化了两种方法制备电镜薄膜样品的实验条件及参数范围。探索出较佳的有竽透电镜观察的纳米双相稀土永磁合金薄膜样品的制备方法。     

(Ni-Mo)/TiO2纳米薄膜光催化降解刚果红的性能与机理

用恒电流复合电沉积方法制备(Ni-Mo)/TiO2薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征,以刚果红为模拟污染物对薄膜的光催化性能进行了测定,并讨论了刚果红溶液的pH值对薄膜光催化活性的影响.采用循环伏安技术和向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化降解机理进行了探索.结果表明:(Ni-Mo)/TiO2薄膜是由粒径为50-100nmTiO2纳米粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合薄膜.薄膜具有较高的光催化活性,卤钨灯照射80min后,复合薄膜光催化刚果红的降解率是多孔TiO2(DegussaP25)/ITO(氧化铟锡)纳米薄膜的2.43倍.(Ni-Mo)/TiO2薄膜光催化活性的提高主要归因于薄膜层中有效形成的(Ni-Mo)/TiO2异质结和良好的电子通道,以及Ni-Mo纳米晶合金对溶解氧和激发电子还原反应的催化作用.分别给出了在紫外和可见光下薄膜光催化降解刚果红的反应机理.     

纳米晶碳化钨薄膜对硝基甲烷还原的电催化性能

采用磁控溅射物理气相沉积技术在金属镍基体上制备碳化钨纳米晶薄膜. 薄膜具有纳米晶结构, 由粒径为20~35 nm的晶粒构成, 晶粒分布均匀, 晶相结构为非化学计量比的碳化钨(WC1-x). 采用电化学方法研究硝基甲烷在纳米晶碳化钨薄膜电极上的电化学还原性能和反应机理. 实验结果表明, 碳化钨薄膜电极对硝基甲烷电化学还原反应具有较好的催化性能, 当电极电位为-0.89 V(vs.SCE)时, 硝基甲烷还原为甲基羟胺的电流达14.9 mA/cm2, 其反应表观活化能为12.3 kJ/mol. 硝基甲烷在碳化钨薄膜电极上经过一步不可逆的电化学反应还原成甲基羟胺, 其控制步骤是电极反应的电荷传递过程.      

钙钛矿型纳米晶薄膜的制备及其光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜工艺在玻璃基底上制备出了多层纳米晶薄膜LaMO3(M=Fe,Mn,Co,Cr);采用DSC/TG技术分析了前驱体凝胶的热分解历程;利用场发射扫描电镜观察了薄膜的表面形貌及膜层厚度.通过XRD进行了物相分析,并计算了其晶粒尺寸;实验结果表明,制备出的LaM03多层薄膜具有钙钛矿晶型结构,薄膜形态比较均匀.将该类薄膜作为光催化剂,对多种水溶性染料进行了光催化降解实验.研究结果表明,纳米晶薄膜LaM03的光催化活性主要和M原子的电负性及M离子的d电子结构有关.当M为Co时,薄膜的光催化效果最好.     

锂氧电池双功能还原石墨烯-LaFeO_3复合纳米催化剂的制备及性能

制备具有氧还原(ORR)与氧释放(OER)双功能催化活性的特殊孔道结构电催化剂是锂氧电池研究的挑战之一。本文以氧化石墨烯、硝酸铁、硝酸镧、柠檬酸为原料,结合溶胶凝胶和水热合成方法,制备出还原氧化石墨烯(RGO)与铁酸镧(LaFeO_3)复合的双功能催化剂(RGO-LaFeO_3)。X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和Raman光谱分析结果确认该复合催化剂由纯相钙钛矿结构LaFeO_3和还原氧化石墨烯组成,扫描电子显微镜(SEM)观察到LaFeO_3纳米颗粒均匀地负载在RGO片层表面。锂氧电池测试结果指出,相对于LaFeO_3纳米粒子(NP-LaFeO_3),RGO-LaFeO_3催化剂具有更好的ORR和OER催化活性,归因于RGO特殊的三维导电多孔结构与LaFeO_3纳米粒子的协同催化作用。以RGO-LaFeO_3作为阴极催化剂的锂氧电池在限1000 m Ah?g~(-1)比容量、100 m A?g~(-1)电流密度条件下,可实现36周稳定的充放电循环,展示出良好的应用前景。     

化学链制氢中Fe2O3/LaFeO3载氧体的性能研究

采用柠檬酸络合法制备Fe₂O₃/LaFeO₃复合氧化物,将该氧化物作为化学链制氢过程的载氧体,在反应温度为900 ℃、常压下,对Fe₂O₃/CH₄（剂烷比）、进水量、金属负载量进行了考察。结果表明,剂烷比为2：1、进水量为0.1 mL、质量分数15%Fe时载氧体性能最好,甲烷转化率达到60%,单次循环氢气产量为45 mL。将该评价结果与XRD和H₂-TPR表征结果进行关联发现,反应过程的活性位不是金属氧化物,而是吸附氧,而且吸附氧越容易还原,甲烷转化率和氢气产量越高。通过连续60次还原-氧化循环发现,该载氧体上甲烷转化率和氢气产量比较稳定,循环后仍然保持钙钛矿结构。     

CaO/MgO负载的钙钛矿型氧化物用于甲烷化学链蒸汽重整

甲烷化学链蒸汽重整(Chemical-looping steam methane reforming,CL-SMR)是基于化学链燃烧的概念而提出的一种新颖的技术。在重整反应器中,甲烷与载氧体中的晶格氧发生部分氧化反应生成合成气(H₂/CO物质的量比为2.0),还原后的载氧体进入到水蒸气反应器中,与水蒸气反应恢复晶格氧的同时生成H₂。以钙钛矿型氧化物LaFeO₃为载氧体用于甲烷化学链蒸气重整过程,同时通过碱金属CaO和MgO对LaFeO₃进行负载,以增大载氧体的比表面积、热稳定性和抗积炭能力。通过X射线衍射(XRD)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、BET比表面积分析(BET)和X光电子能谱(XPS)对载氧体进行表征。结果表明,三种载氧体均表现出较高的反应活性和合成气选择性,循环后仍能保持钙钛矿的结构。从反应性能、选择性和抗积炭能力等方面综合考虑,LaFeO₃-CaO的效果最好,五次循环后具有很好的再生性。     

Effects of Annealing Temperature on Microstructure and Electrochemical Properties of Perovskite-type Oxide LaFeO3 as Negative Electrode for Metal Hydride/Nickel(MH/Ni) Batteries

We reported the effects of annealing temperatures on microstructure and electrochemical properties of perovskite-type oxide LaFeO₃ prepared by stearic acid combustion method. X-Ray diffraction(XRD) patterns show that the annealed LaFeO₃ powder has orthorhombic structure. Scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM) images show the presence of homogeneously dispersed, less aggregated, and small crystals(30-40 nm) at annealing temperatures of 500 and 600℃. However, as the annealing temperature was increased to 700 and 800℃, the crystals began to combine with each other and grew into further larger crystals(90-100 nm). The electrochemical performance of the annealed oxides was measured at 60℃ using chronopotentiometry, poten-tiodynamic polarization, and cyclic voltammetry. As the annealing temperature increased, the discharge capacity and anti-corrosion ability of the oxide electrode first increased and then decreased, reaching the optimum values at 600℃, with a maximum discharge capacity of 563 mA·h/g. The better electrochemical performance of LaFeO₃ annealed at 600℃ could be ascribed to their smaller and more homogeneous crystals.     

Low Temperature Preparation and Absorption Spectra of Nanocrystalline Pb1-xLaxTiO3 Thin Film on ITO Conducting Glass Substrate

Nanocrystalline precursors of Pb_1-xLa_xTiO₃ (PLT, x=0.06, 0.10, 0.14 and 0.20) thin film were prepared on ordinary ITO conducting glass substrate using sol-gel and pulling method. After the precursors were calcined at low temperature of 185-400℃ in air atmosphere for 1-6 h, the resulted nanocrystalline thin film was characterized by XRD, SEM and AFM. The spectra show that the solid state chemical reaction and the grain size of the nanocrystalline thin film relate not only to the precursor preparing method, but also to the distribution of different components in the precursor. The UV-VI spectrum measurement of the transparent PLT film indicates that its optical absorption bands have extended into the visible region and a change in its absorption pattern with the increase of mean grain size was also observed. As the transparent nanocrystalline PLT thin film with small grain size possesses wider optical absorption band in range of 320-800 nm, the material of Pb_1-xLa_xTiO₃ with suitable component and mean grain size can be used in the fabrication of dye-sensitized photoelectronchemistry solar cell instead of TiO₂. And the higher photoelectric efficiency can be expected.     

Ti表面修饰纳米TiO2膜电极的电催化活性

用电化学合成法在Ti表面修饰一层纳米TiO₂膜,TEM和XRD测试表明晶型为锐钛矿型,晶粒平均尺寸为25nm.用循环伏安法、循环方波伏安法和电解合成法研究了纳米TiO₂膜电极在硫酸介质中的氧化还原行为以及对硝基苯还原的电催化活性。结果表明,纳米TiO₂膜电极具有异相氧化还原催化行为,膜中的Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)作为媒质间接电还原硝基苯为对氨基苯酚,收率和电流效率分别达91.6%和95.2%.     

Lanthanum-based perovskites obtained in molten nitrates or nitrites

Lanthanum-based perovskites, LaMO₃ (where M = Mn, Fe, Co, Ni), have been synthesised from lanthanum precursors and corresponding 3d transition metal salts in molten alkali metal nitrates or nitrites. The reactivity of eight precursors in three molten salts of different basicity was analysed. Single phase orthorhombic LaMnO_3.11, and orthorhombic LaFeO₃ have been obtained in molten NaNO₂ at 723 K, for 2 h. LaCoO₃ is also formed in molten nitrite, but an increase of basicity, by adding Na₂O₂, was necessary to obtain LaNiO₃. The reaction systems were investigated by thermal analysis. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDX) and specific surface area measurements (BET method) were used to characterise the synthesised nanopowders.     

负载型铁系钙钛矿催化剂的研究

钙钛矿型复合氧化物是还原烟气中 SO2 的有效催化剂 .对于钙钛矿催化剂的负载化已有过研究报道 [1,2 ] ,但仅限于活性盐溶液对载体或载体改性后的直接浸渍 ,效果并不很好 .本文用溶胶 -凝胶法制备了负载型 Fe系钙钛矿催化剂 ,取得了良好效果 .1　实验部分1 .1　催化剂制备和表征　将工业载体 γ- Al2 O3 破碎筛分为 40～ 6 0目 ,在 6 0 0℃下煅烧 3 h进行活化处理 ,而后分别采用以下 3种方法制备 :(1 )配制适当浓度的 La(NO3 ) 3 和 Fe(NO3 ) 3 溶液 ,用n(La3 + )∶ n(Fe3 + ) =1∶ 1的混合溶液直接对 γ- Al2 O3 浸渍 ,过滤后于 1 2 …     

Properties of chemical vapour deposited nanocrystalline TiO2 thin films and their use in dye-sensitized solar cells

Nanocrystalline titanium dioxide (TiO₂) thin films have been prepared using titanium(IV) isopropoxide as a precursor onto the glass and fluorine doped tin oxide coated glass substrates by chemical vapour deposition technique at 400 °C substrate temperature. X-ray diffraction study confirms the polycrystalline nature of TiO₂ with anatase phase having tetragonal crystal structure. The films are 975 nm thick and transparent having transmittance grater than 80%. Atomic force microscopy (AFM) images reveal the nanocrystalline morphology with grain size of 200 nm. The film shows a sharp absorption edge near 350 nm. Photoelectrochemical study shows that TiO₂ thin film sensitized with Brown Orange dye is found to exhibit relatively maximum I_sc and V_oc among the studied dyes. The values of fill factor (FF) and efficiency (η) for the dye-sensitized solar cell (Brown Orange dye-sensitized TiO₂) are 0.54 and 0.17%, respectively. Such films would serve as better prospects for dye-sensitized solar cells.     

Sol-gel法制备La1-xSrxMnO3巨磁电阻薄膜材料

利用sol-gel法在单晶硅Si(100)衬底上,制备了钙钛矿La_1-xSr_xMnO₃(LSMO)低织构纳米晶薄膜.考察了制备条件对LSMO成相、晶粒的粒度和表面形貌的影响,研究了其磁特性和磁电阻性能.结果表明,La_0.7Sr_0.3MnO₃薄膜磁电阻效应在相当宽的温度范围内不随温度改变,在6T磁场中室温下磁电阻比MR值可达-30%.