表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

N3敏化Ho3+离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响. TiO2表面氧化钬的存在一方面降低了染料和TiO2之间的电子注入速率, 而另一方面它也能够抑制电荷复合. 结果表明, 在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的Ho3+离子层, 在电极表面就形成了一个势垒, 能够有效抑制电极表面的电荷复合, 从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率. 在93.1 mW·cm-2白光照射下, TiO2/Ho-0.1 和TiO2/Ho-0.2(0.1 和0.2分别是修饰TiO2电极的Ho3+溶液的浓度, 单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%, 与TiO2电极(7.2%)比较, 分别增大了15%和5%.     

共吸附剂修饰TiO2薄膜电极

共吸附剂修饰纳晶TiO₂薄膜电极是目前染料敏化太阳电池研究的一个热点. 本文通过平带电势和电化学阻抗研究了二(3,3-二甲基丁基)次膦酸和鹅脱氧胆酸两种共吸附剂修饰对TiO₂薄膜电极的平带电势和电极表面钝化能力的影响及其在染料敏化太阳电池中的应用. 结果表明, 二(3,3-二甲基丁基)次膦酸能更有效地钝化TiO₂薄膜表面, 并使TiO₂薄膜平带电势负移. 电化学阻抗谱测试结果表明, 在染料敏化太阳电池中, 相对于鹅脱氧胆酸, 二(3,3-二甲基丁基)次膦酸能更显著地提高器件的电子寿命和开路电压.     

N3敏化Ho~（3＋）离子修饰TiO2纳米晶电极的光电化学性质

研究了Ho3+离子表面修饰对TiO2纳米晶电极光电性能的影响.TiO2表面氧化钬的存在一方而降低了染料和TiO2之间的电子注入速率,而另一方面它也能够抑制电荷复合.结果表明,在TiO2纳米晶薄膜表面修饰一定厚度的HO3+离子层,在电极表面就形成了一个势垒,能够有效抑制电极表面的电荷复合,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电压和光电转化效率.在93.1 mW·cm-2白光照射下,TiO2/Ho-0.1和TiO2/Ho-0.2(0.1和0.2分别是修饰TjO2电极的Ho3+液的浓度,单位是mol·L-1)两个电极的光电转化效率分别达到8.3%和7.6%,与TiO2电极(7.2%)比较,分别增大了15%和5%.     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA (L＝2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylic acid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质. RuL₂(SCN)₂: 2TBA/P3MT复合敏化TiO₂纳米晶多孔膜电极比染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA敏化TiO₂纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高. 复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合, 减少了电子的损失.     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA (L＝2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylic acid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质. RuL₂(SCN)₂: 2TBA/P3MT复合敏化TiO₂纳米晶多孔膜电极比染料RuL₂(SCN)₂: 2TBA敏化TiO₂纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高. 复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合, 减少了电子的损失.     

光/电/化学催化降解水中酸性大红3R染料的研究

以高纯石墨电极、TiO₂/Ti薄膜电极和甘汞电极, 分别为阴极、阳极和参比电极, 设计研制出了新型光-电-化学催化集成反应器. 在紫外光和外加电场的作用下, 不仅TiO₂/Ti薄膜电极能对阳极槽中的酸性大红3R进行光电催化降解脱色, 且在阴极上产生的过氧化氢及其与亚铁离子形成的H2O₂/Fe²⁺催化体系, 对阴极槽中的染料溶液也有良好的脱色降解作用. 该催化集成反应器充分利用了光生空穴和光生电子, 实现了在阳、阴两极同时对染料进行降解脱色处理, 达到了“双极双效”的目的. 实验表明, 当用0.02 mol·L^−1硫酸钠为支持电解质、初始pH = 3和阴极电位−E_c = 0.66V的条件下, 阴极槽和阳极槽对30 mg·L^−1酸性大红3R溶液的脱色降解率分别达到92%和60%, 与双极单效的光电催化相比, 效率显著提高.     

染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极研究进展

本文介绍了染料敏化太阳能电池中TiO₂光阳极的研究与应用现状。对TiO₂光阳极常用的制备方法进行了综述，详细地讨论了复合核壳结构、掺杂电极、优化材料以及多级结构等一系列新材料的引入和结构改进所引起的电池光电性能的提高。文章指出获得具有好的光收集效率、快速的电荷传输以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO₂光阳极研究的方向。     

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.     

V2O5/TiO2催化剂表面钒氧物种的分散状态和催化性能

用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)、程序升温还原(TPR)和微反评价等手段研究了V₂O₅在TiO₂(锐钛)表面的分散状态和负载型V₂O₅/ TiO₂(锐钛)催化剂的邻二甲苯选择氧化催化性能. 结果表明在TiO₂(锐钛)表面V₂O₅分散容量的实测值(1.14 mmol V/100 m² TiO₂)与TiO₂(锐钛) 优先暴露晶面(001)上的空位密度(1.16 mmol/100 m² TiO₂)接近, 这表明分散的钒离子可能键合在TiO₂(锐钛)表面的空位上, 与嵌入模型估算结果相符. 当V₂O₅的负载量远低于其分散容量时, 表面上的钒氧物种主要为孤立的VOx通过V-O-Ti键与载体结合. 随V₂O₅负载量的增加, 孤立的VOx与其最近邻的钒氧物种(可为孤立或聚合)通过V-O-V键结合, 导致V-O-Ti键的比例降低和聚合钒氧物种的比例增多、表面氧物种的反应活性降低. 虽然V₂O₅/TiO₂催化剂的邻二甲苯选择氧化的活性随负载量增加而增加, 到钒氧物种成单层时达极大, 但按每个钒离子估算的TON(转化数)却随负载量的增加而线性下降. 当V₂O₅的负载量高于其分散容量时, 增加的V₂O₅以晶相形式存在, 此时除钒离子的利用率降低外, 还由于晶相V₂O₅中只有V-O-V存在, 与之相结合的氧离子的活性较与V-O-Ti键合的弱, 邻二甲苯选择氧化的活性随负载量的增加有所下降, 而其TON则更为迅速地线性降低.     

染料敏化太阳电池中TiO2/染料/电解质界面的修饰

染料敏化太阳电池(DSC)作为新型太阳电池自问世以来受到了广泛关注, 其系统内部的接触界面尤其是TiO₂/染料/电解质界面一直是该领域的研究热点. 光敏染料的吸附以及电子的注入、传输和复合都发生在该界面, 其界面性质对DSC性能具有很大影响. 对染料敏化太阳电池中TiO₂/染料/电解质界面进行修饰可以有效抑制染料聚集和电子复合, 提高电子的注入效率与传输速率; 同时, 对TiO₂导带边的位置及染料吸附等也产生一定的影响, 最终提高电池的光电转换效率和稳定性. 本文主要从不同的修饰途径详细评述了TiO₂/染料/电解质界面修饰方法及机理研究进展,包括TiO₂光阳极的修饰改性、染料溶液中共吸附剂的引入和多种染料共敏化处理以及电解质中不同功能添加剂的应用. 指出了这些修饰方法目前存在的主要问题, 并对未来的发展方向进行了展望.     

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 研究了不同溶液体系对TiO₂纳米管尺寸和形貌的影响. 利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO₂纳米管. 20 V反应15 h, 0.5 wt% HF＋1 mol/L (NH₄)H₂PO₄溶液中TiO₂纳米管直径为70～90 nm, 长度约2.2 μm, 在500 ℃的空气气氛下退火1 h, 纳米管薄膜以锐钛矿结构为主, 在该条件下所制备TiO₂纳米管的光电流密度达到3.2 mA/cm². 以该纳米管薄膜为光阳极, 施加0.45 V (vs. SCE)的外加偏压, 在125 W紫外光照射5 h后, 初始摩尔浓度为20×10^－6 mol/L的酸性红G (C₁₈H₁₃N₃Na₂₀₈S₂)在pH＝3时, 降解率达到92.4%.     

TiO2纳米微球的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

以四氯化钛、盐酸为原料,制备出花状TiO₂纳米微球,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。为了提高TiO₂微球电池的光电性能,利用TiO₂微球作为反射层构造了双层结构的薄膜电极,结果表明,双层结构染料敏化太阳能电池在100 mW·cm^-2（1.5 G）光照条件下,短路光电流J_sc为17.64 mA·cm^-2,开路光电压Voc为0.74 V,填充因子FF为0.63和光电转化效率η为8.33%。相比TiO₂微球制备的太阳能电池,双层结构染料敏化太阳能电池光电转化效率提高至5.3倍。最后对电极中染料的吸附量、电极的光散射性能和电池的电化学阻抗做了进一步研究和分析,研究表明,双层结构电池增强光的捕获能力,从而提高光伏性能。     

Pt、N共掺杂TiO2在可见光下对三氯乙酸的催化降解作用

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO₂(N-TiO₂), 并用光分解沉积法在N-TiO₂表面负载微量金属Pt(0.5％(w)), 形成铂-氮共掺杂纳米TiO₂(Pt/N-TiO₂). 实验结果表明, Pt 、N共掺杂纳米TiO₂紫外可见光吸收边带较纳米TiO₂红移约20 nm, 并在400～500 nm处有弱的吸收. Pt/N-TiO₂电极在可见光区的光电流约为纳米TiO₂电极的6倍. 以Pt/N-TiO₂为催化剂, 催化三氯乙酸(TCA)光降解反应, 室温下经可见光照射2 h后TCA降解率约为8％. N掺杂减小了TiO₂的禁带能隙, 使它在可见光区具有光催化活性, 适量Pt掺杂抑制了光生载流子的复合, 加速了电子界面传递速度, Pt、N共掺杂使两种效应相结合, 进一步提高了光催化反应性能.     

聚3-甲基噻吩修饰硫化物量子点连接纳米结构TiO2膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO₂膜上制备了量子点CdS, PbS (Q-CdS, Q-PbS), 并用电化学方法在TiO₂/Q-CdS, TiO₂/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene, PMeT)]. 用光电化学方法研究了PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接TiO₂纳米结构膜, 实验结果表明, PMeT和Q-CdS, Q-PbS单独修饰纳米结构TiO₂电极和PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO₂的光电转换效率有明显的提高; 聚3-甲基噻吩(PMeT)与Q-CdS, Q-PbS连接的纳米结构TiO₂之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 在本文实验条件下PMeT修饰Q-CdS, Q-PbS连接纳米结构TiO₂电极最高的单色光的光电转换效率分别为11%和7%.     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P₂₅制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

苝四羧酸铈在TiO2纳米晶膜上的光电转化性质

报道了Ce³⁺和Ce⁴⁺两种金属离子桥联苝四羧酸在二氧化钛纳米晶电极上自组装膜的制备,并利用紫外可见光谱、红外光谱、光电子能谱等手段对自组装膜进行了表征.通过同步辐射光电子能谱确定了自组装膜的HOMO能级.基于自组装膜敏化二氧化钛纳米晶电极的薄层三明治型太阳能电池具有较好的光电转化性质.在480 nm,苝四羧酸敏化二氧化钛电极产生了26.9%的入射单色光子-电子转化效率(IPCE),而由Ce⁴⁺离子或Ce³⁺离子桥联所形成的自组装膜分别产生了55.8%和39.1%的IPCE.金属离子桥联苝四羧酸自组装膜相当于一种配合物,其HOMO能级比苝四羧酸自组装膜的高,这是形成铈离子桥联苝四羧酸后IPCE提高的一个主要原因.     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P25制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33 μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

SbOx+SnO2中间层对Ti/MnO2电极性能的影响

采用热分解方法制备了含SbO_x+SnO₂中间层的钛基二氧化锰电极. 在0.5 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中对添加和没有添加SbO_x+SnO₂中间层的二氧化锰阳极进行了加速电解试验. 采用极化曲线和循环伏安曲线测量电极的析氯反应. 用循环伏安曲线和电化学阻抗谱来分析电极电解过程中内部结构和表面的变化. 结果表明, 二氧化锰阳极钝化失效的主要原因是绝缘的TiO₂层的生成和变厚. 引入中间层可以降低钛基体和活性涂层间的电阻, 并且在电解过程中, 可以显著延缓接触电阻的升高, 从而可以显著提高其寿命.     

(Li,Ca,A)2SiO4:Eu,Bi发光体的合成和发光性能的研究(A=Al,Y,La,Gd)

为了寻找新的发光基质材料,用高温固相反应合成了(Li,Ca,A)₂SiO₄:Eu,Bi系列发光体(A=Al,Y,La,Gd).通过激发光谱和发射光谱的测试.首次在碱土金属硅酸盐体系中研究了Al,Y,La,Gd等三价金属离子对Bi³⁺、Eu³⁺发光特性和Bi³⁺敏化Eu³⁺发光性能的影响,得到了良好的基质组成.实验结果表明.基质中适当含量的Gd³⁺可大幅度提高Eu³⁺的发光强度,使⁵D₀-⁷F₂发射强度增加6倍.Bi³⁺对Eu³⁺有很好的敏化作用,以A=Gd或Al时较好,对⁵D₀-⁷F₁辐射跃迁的敏化效果尤为突出.