聚乙烯吡咯烷酮改进TiO2薄膜的可见光增强氧敏特性
TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响
TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【摘要】The microstructure of nanoporous TiO2 films has obvious influence on the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells (DSCs). In this work, the effect of different treatment methods such as autoclaving temperature, film thickness, scattering particles, TiCl4 solution treatment and electroposition treatment on DSC photovoltaic performance is introduced, and the optimized results were obtained. Such simple but effective strategies provided a good way to improve the overall energy conversion efficiency of DSC and to future mass production of nanoporous TiO2 films.%纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响.本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2011(027)007【总页数】5页(P1353-1357)【关键词】染料敏化;太阳电池;纳米TiO2;优化【作者】奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【作者单位】中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;无锡职业技术学院机电技术学院,无锡 214121;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031【正文语种】中文【中图分类】O614.41+1;TM914.4+2纳米TiO2以其良好的热稳定性、高折光系数、强着色力和光泽好等特性而受到广泛关注，被应用于各种功能材料和催化领域[1-2]。
两种形貌TiO2薄膜电极的制备及其光电性能的比较研究
１ 实 验
１ ． 主要试剂 及仪器 １
三 氯 化 钛 （ 析 纯 ， ｉｄ ｌｄ Ｈ ｅ 分 Ｒ ｅ ｅ— ｅ ａｎ公 司 ） 氯 化 钠 （ 析 纯 ，北 京 化 工 厂 ） 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ， 分 ， （ ｏ ｖ ｙｐ ｒ ｌ ｏ （ＶＰ ， 析 纯 ，ｉｍ — ｌｒ ｈ公 司 ） 氯化 钾 （ 析 纯 ， 京 益利 精 细化 学 品有 限 公 司 ） Ｐ ｌ ｉ ｌｙｒ ｉ ｎ Ｐ ） 分 ｙｎ ｏｄ Ｓｇ ａ Ａ ｄ ｃ ｉ ， 分 北 ， 碘（ 分析 纯 ， 北京益 利精 细化学 品有 限公 司 ）碘化 钠 （ 析纯 ， 京化 工厂 ） 乙腈 （ ， 分 北 ， 分析 纯 ， 北京 化 工厂 ） 酞酸 ，
自组 装 的 球型 结 构 ， 薄 膜 电极 为三 维 结 构 ， 多 孔 ＴＯ 薄膜 电极 为二 维 结 构 ， 其 而 ｉ： 由于微 ， 纳米 ＴＯ 晶体 薄 膜 电极 具 有 ｉ：
大 的 比表 面 积 。 利 于 光 的 吸 收 利 用 ， 现 出 优 异 的 光 电 特 性 ， 电 流 、 路 电 流 、 路 电 压 分 别 为 ２ ２ ｐ ／ｍ 、 有 表 光 短 开 ． ． ｃ ７ Ａ
ＴＯ 是 一种 具有 良好热稳 定 性 、 ｉ 抗光 腐蚀 的金属 氧 化物 ， ｎ 型半 导 体材料 ， 光 电化学 太 阳能 电池 、 为 一 在 光催 化 、 化学 电源等领 域具有 广 泛 的应 用【］ 微观结 构 、 ｌ， －其 ５ 晶型 等对其 光 电转 化性能有 很大影 响 。研 究表 明 ， ＴＯ 的 比表 面积越 大 ， 面粗 糙 度越 大 ， ｉ 表 越有 利于 光 电转 化 ； 金红石 型 的 ＴＯ 具 有较 高的光 电转化 效率婀 ｉ 。目 前 ， ＴＯ 薄膜 的光 电化 学研 究 多集 中在 多 孔 ＴＯ 薄膜 ８ 纳米 管 ＴＯ 薄 膜ｔ 掺 杂态 ＴＯ 薄 膜 【 ２ ， 对 ｉ ｉ １ 、 ｉ ｇ ｌ 、 ｉ １ 其 等
功能化TiO2纳米管改性聚偏氟乙烯杂化膜的结构与性能
化 膜 的结构 与性 能 ， 出添加 适量 的 Ｔｉ 。 指 Ｏ 纳米 线 能
够 有效 地改 善膜 的微 观结 构 ， 时其 表 面 性 能 与 固 同
有 特 性 也 相 继 发 生 了 显 著 变 化 ． 研 究 通 过 在 本
Ｐ Ｆ中添加 碘 酸修 饰 Ｔｉｚ 米 管 的方 式 改 善 了 ＶＤ Ｏ纳
＊通 讯 联 系人 ， － ｉ ｗｅ ｃｅ ＠ ｔ ｕ ｅｕ ｃ Ｅ ｍａｌ ｎｈ ｎ ｊ ．ｄ ． ｎ ： ｐ
・
１ ２・
膜
科
学
与
技
术
第 ３ ２卷
立 公 司 ） Ｈ 一７５ ； ６０透 射 电 镜 （ Ｅ ，日本 日立 公 Ｔ Ｍ
第 ３卷 ２
第 ４ 期
膜
科
学
与
技
术
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ４ １３ ．
Ａｕ ｇ． ２ ０１２
２１ ０ ２年 ８月
ＭＥ Ｂ Ｍ ＲＡＮＥ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮｏＩ ０ＧＹ
功 能 化 ＴＯ 纳 米 管改 性 聚 偏氟 乙烯 杂 化 膜 ｉ２ 的 结 构 与 性 能
中 图分类 号 ： Ｏ ８ ８ ＴＱ ２ ． 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：１ ０ —９ ４ ２ １ ） ４０ １ —６ ０ ７８ ２ （０ ２ ０ —０ １０
迄 今 ， 无机 纳 米粒 子与 聚合 物共 混 ， 将 因其协 同 作用 而呈 现不 同于 常规 复合 材 料 的 力 学 、 学 和 表 热 面性 能 等 已 引 起 了广 泛 的 关 注ｌ ． 偏 氟 乙 烯 １ 聚 ］ （Ｖ ） Ｐ ＤＦ 具有 良好 的耐 热 、 腐 蚀 和 化 学 性 质 稳 定 耐 等特 点 ， 其 制成 的 微 滤 和超 滤 膜 已成 功 地 用 于 水 用 污染 控制 工程 领域 ［ ． 而 ， ＶＤ ６ 然 ］ Ｐ Ｆ属 疏 水 性 聚合
TiO2PE多层纳米薄膜的制备及表征的开题报告
TiO2PE多层纳米薄膜的制备及表征的开题报告一、研究背景和意义TiO2 多层纳米薄膜是一种重要的功能材料，在光电子学、生物医学和光化学反应等领域具有广泛的应用。
其中，TiO2 多层纳米薄膜的制备技术对其性能的影响至关重要。
近年来，通过改变TiO2 的制备条件、控制其晶体生长方向和表面形貌等方法，可以制备出多层纳米薄膜，并且在光催化、光电转换和气敏等方面均有出色的性能表现。
二、研究内容和目标本研究旨在通过溶胶-凝胶法制备 TiO2PE（聚乙烯吡咯烷酮）多层纳米薄膜，并对其进行结构、光电性能等方面的表征，探究 TiO2PE 多层纳米薄膜的制备和性能特点。
具体研究内容如下：1. 通过溶胶-凝胶法制备 TiO2PE 多层纳米薄膜。
2. 利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等模拟手段表征 TiO2PE 多层纳米薄膜的结构和形貌。
3. 进行光学性能、电学性能测试，研究 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电特性。
4. 比较 TiO2PE 多层纳米薄膜与单层薄膜的性能差异，探究多层纳米薄膜的优势和应用前景。
三、研究方法1. 制备 TiO2PE 多层纳米薄膜：通过溶胶-凝胶法，在玻璃基板上制备多层纳米薄膜，其中 TiO2 和 PE 的浓度和比例可调控。
2. 薄膜的结构和形貌表征：采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段观察 TiO2PE 多层纳米薄膜的形貌和结构。
3. 光电性能测试：利用紫外-可见光谱仪、光电池测试仪等实验设备测试 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电性质。
4. 数据分析和实验结果比较：通过对实验所得的数据进行分析和比较，得出 TiO2PE 多层纳米薄膜的特性和优势。
四、研究预期成果1. 成功制备 TiO2PE 多层纳米薄膜，研究了 TiO2 配比和制备条件对其结构和形貌的影响。
2. 研究了 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电性能，包括光吸收、电导率和光催化等特性，并与单层薄膜进行了比较分析。
3. 发现TiO2PE 多层纳米薄膜的光催化、电化学性能优于单层薄膜，具有更广泛的应用前景。
纳米TiO2薄膜的制备及其光谱特性研究
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图９ ３００＂Ｃ和５００＂Ｃ紫外一可见光谱图 ＵＶ—ｖｉｓ ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｔｉ０２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ
将上述制备的溶胶放入马弗炉中ｉ００℃下干燥 成纳米Ｔｉ０２粉体，经５００℃、６００℃、７００℃、 ８００℃和９００℃恒温烧结２ｈ后进行Ｘ射线衍射测 试，如图１。测试结果表明，经５００。Ｃ烧结后在２ｅ ＝２５．３３。，３７．８７。，４８．０９。及５４．０８。处分别出现了 锐钛矿的特征衍射峰，分别对应锐钛矿相的 （１０１）、（００４）、（２００）及（１０５）面ｕ引，即纳米 ＴｉＯ：粉末是锐钛矿相结构；温度在５００℃以上锐 钛矿相开始向金红石相转化，６００℃和７００℃为锐 钛矿与金红石相的混合晶相；８００℃均为金红石相 结构；９００℃出现了金红石相与板钛矿相的混合
图５为不同涂膜次数薄膜的透射谱图。从图中 可看出，Ｔｉｏｚ薄膜的相对透光率在波长小于 ３４０ｎｍ时急剧下降，表明所制备的ＴｉＯｚ薄膜在近 紫外光处具有明显的吸收，即对紫外线有强的吸 收。此外，对于镀膜次数较多的薄膜，在紫外一可 见光谱上会出现干涉条纹，这与文献［１６］中所得结 果正好符合。
纳米TiO2-SiO2薄膜的制备及改性的研究进展
利用 不 同 制 备 方 法 ， 可 制 成 不 同结 构 的 薄 膜 式
＂ ｒ ｉ ｏ 一 Ｓ ｉ Ｏ ： 。目前主要有混合 结构 、 叠层 结构 及多孔结
ｓ ｉ 键， 避 免 了相分 离 。Ｍｅ ｒ ｚ ｂ ａ ｃ ｈ ｅ ｒ 等 首先 通 过 实
验验 证 ； Ｒ ａ ｚ ａ ｎ等 进 一步证 明 ， 将 制备 的 Ｔ ｉ ｏ ２一Ｓ ｉ Ｏ ２
薄膜焙烧 ， 薄膜 表 面的氢 氧基 团缩 水形 成一 定数 量 的
Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 。Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 的存 在不仅增 强 了 Ｔ ； Ｏ ２ 的 表面酸度 ， 形成更 多的吸附位 ， 而且在表 面 的羟基基 团
构。
由于光激发产生 电子 一 空穴对 的复合 而导致 量子 利用
率低， 从 而制约其光催化效率的问题 。
双层复 合薄膜又分为氧 化硅顶层 一氧 化钛底 层及
２ ． １ 混合结构纳米 Ｔ ｉ Ｏ ： 一Ｓ ｉ Ｏ ２ 薄膜 混合结构薄膜 中存 在 的 Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 可避 免 Ｔ ｉ Ｏ 与Ｓ ｉ Ｏ 产生相分离 ， 增强 对降解物 的吸附 能力 ， 从 而提 高光催化活性 】 。然而 ， 制备过程 中钛 、 硅 的水 解及缩 合速度不 同 ， 会 阻 碍 均匀 混 合 导致 薄 膜 质 量 降低 。
相分离 的产生。
本文 就纳米 Ｔ ｉ Ｏ 一 Ｓ ｉ Ｏ ２ 薄 膜 的制备 进 行 了总结 ，
并阐明了各种改性方法对其 光催化 活性 以及可 见光响
可见光响应纳米TiO2光催化薄膜的研究进展
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第１ 期
李银辉等 ： 可见光响应纳米 Ｔｏ２ ｉ 光催化薄膜的研究进展
６ ９
ｉ ． 红石 的形成需 要高 的温度 ， 温度 高 则 粒子 的活性 表 面小 ；ｉ）金 红石 的光生 电 ）金 而 ｉ．
子一 空穴的复合率高． 因为金红石的表面携带有限数量的羟基和氧缺陷 ， 导致光生电子一 空 穴复合率增加 ；ｊ ． ｉ）锐钛矿比金红石处于导带边缘 的电子 的还原能力高． ｉ 尽管锐钛矿是 主要的光催化相， 然而最佳的光催化效率是大量锐钛矿混合一定量的金红石 ， 这归因于
收稿 日期 ： ０ ＂ ）—２ 通 讯 联 系人 ： 德 宏 ， — ｉｙ ｅｏｇ ｄ ｃ ， ｌ０ １ ４２ ２ ５５ ２０ ４ １． Ｌ６ 殷 Ｅｍａｌ ｄｈ ｎ＠ ｌ ｎＴｅ：４ １８ ９ ０ ４ ． ：
作者简介 ： 李银辉 （９ １）女， １８ 一 ， 研究方 向： 可见光响应型纳米 Ｔ０ 薄膜的制备及性能研究 ｉ２
了ＴＯ 薄膜光催化降解有机物的催化机理， ｉ２ 系统地介绍 了提 高纳米 ＴＯ 吸收 ｉ２ 波长的 方法、 用载体 、 常 可见 光响应 纳米 Ｔｉ 薄膜制 备 方法和 在 降解 有机物 方 ０ 面的应 用 ， 并概述 了其 以后 的发展 趋 势 ． 关 键 词： 可见光响应 ＴＯ 薄膜 ； ｉ２ 改性 ； 制备； 降解有机物
２ 提高纳米 ＴＯ 光催化剂可见光 响应的方法 ｉ２
半导体一 般 由填 满 电子 的低 能价 带 ｖｌ ｃ ａｄⅦ ） 空 的高 能导 带 （ｏｄ ｃｏ — ａ ｎｅｂｎ ， 和 ｅ ｃｎｕｔ ｎ ｉ ｂｎ ，Ｂ 构成 ， 带和导 带之 间存在禁 带 ． Ｏ 的带 隙能 Ｅ ＝３２ Ｖ， ａｄＣ ） 价 Ｔｉ２ ．３ｅ 可利 用波 长
TiO2表面氧吸附模拟与氧敏特性研究
（． １ 绍兴文理学 院 物理系 ， 浙江 绍兴 ３ ２０ ；２ 福州大学 化 学系， １０ ０ ． 福建 福州 ３０ ０ ） ５０ ２
摘 要：根据经典的统计理论 ， 并结合麦克斯韦速率分布律得出吸附过程 中０ 吸附量的理论模型， 从而
获得 氧吸附面密度与温度 、 氧分压的理论变化规律 。在活化能 Ｅ ＝ ．０ Ｖ的情况 下 ，ｉ ０３ ｅ ＴＯ 对氧气 吸附 的 温度 敏感 区域在 １０－ １ Ｋ之间 ， 佳吸附温度为 ３０ 这与 由金红石相 ＴＯ 所 制成氧敏元件 的最佳灵 ２ ４０ 最 ７ Ｋ， ｉ 敏度所处 的工作温度 （７ Ｋ 相近 。并 由模拟理论推测 ０ 在半导体表面 的吸附面密度与 氧分压呈线 性增 ３８ ）
Ｋｅ ｒ ｓ：ｇ ｅ ｓ ｒ ｘ ｇ ｎａ ｓｒｔ ｎ；ｅ ｅｇ ａｔｃｅ ｃｉｅｅ ｅｇ ｙｗｏ ｄ ｓ ａ ｓｎ ｏ ；ｏ ｙ ｅ ｏ ｉ ｂ ｐ ｏ ｎ ｒ ｐ ｒ ｌ ；ａ ｔ ｎ ｒ ｙ ｉ ｖ ｙ
０ 引 言
要 意义 。在合成 过程 中 ，ｉ Ｔ 表面 易 形成 氧空 位 ， 呈 Ｎ Ｏ 而
Ｂ ｌ ｍａ ｎ ｄ ｓｒｂ ｔ ｎ ， ｌ ｓ ｎ ｉ ｚ ｄ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｏ ｄ ｏ ｂ ｄ ｏ ｙ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｔ Ｏ２ ｓ ｒ ｃ ｓ ｉ ｅ ｒ ｇｏ ｆ ｏｔ ｎ ｉｔ ｕ ｉ ．Ｉ ｅ ｅ ｓｔ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｆ ｒａ ｓ ｒ ｅ ｘ ｇ ｎ ｏ ｈ ｉ ｕ ｆ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏ ｚ ｉ ｏ １ ｉ ｅ ａ ｈ １ ０ － １ ｎ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ＝０ ３ Ｖ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔ ｌ ｂ ｏ ｂ ｄ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｓ ａ ７ ， ｌ ｓ ｌ ２ ４ ０Ｋ ｕ ｄ ｒａ ｃ ｉ ｎ ｒ ｙ Ｅ ｖ ． ０ｅ ｎ ｈ ｐ ｉ ｍａ ａ ｓ ｒ ｅ ｅ ｅ ｕ ｉ ｔ ０Ｋ． １ ｒ ｕ ｔ ａ ｅ ３ Ｉｅｅ ｓ