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一维纳米二氧化钛溶胶的制备及其光电化学性能

作　者: 钱迪峰
导　师: 张青红
学　校: 东华大学
专　业: 纳米纤维及杂化材料
关键词: 二氧化钛 溶胶 染料敏化太阳能电池 阻挡层 内渗透 光电化学
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


二氧化钛溶胶在光催化薄膜、染料敏化太阳能电池、光电化学传感器等方面有着重要的应用前景。目前多种溶胶的制备方法中存在两个问题,一是溶胶的液相主要是乙醇等有机溶剂,二是溶胶中的胶粒为无定形二氧化钛。本论文主要通过解胶的方法获得水性锐钛矿相Ti02溶胶,并初步研究了所得溶胶在染料敏化太阳能电池和光电催化测定水溶液中的化学需氧量(COD)的光电化学性能,所取得主要结果有：1).通过沉淀-解胶-晶化的方法在无任何表面活性剂的情况下得到了高长径比的Ti02纳米棒。以无机钛盐为主要原料制备了沉淀,经过低温解胶制备透明的锐钛矿相二氧化钛溶胶。将溶胶进行水热处理,调节其结晶度与形貌,形成了直径6 nm,长径比大于5的纳米棒。将该溶胶浓缩,制备成光阳极,用于染料敏化太阳能电池。具有较高的光电转化性能(5-6%)。2).开发出pH值中性、不含腐蚀性或有机物的多孔电极修饰剂来取代TiCl4溶液有重要应用价值。本文采用自制的水溶性过氧钛酸为原料,通过水热法低温制备透明锐钛矿相溶胶。用P25作为配制二氧化钛浆料的主要原料,用丝网印刷的方法在FTO玻璃上制备了多孔TiO2电极。将低浓度溶胶内渗透到多孔氧化钛电极,改善了电极的内部连通性和表面结构。改性后的电极组装成染料敏化太阳能电池,其光电转换性能由2.8%提高到4.7%.3).将溶胶通过浸渍法在FTO与多孔二氧化钛层之间制备了阻挡层。结果表明,该溶胶形成的薄膜没有改变玻璃的透过率,不影响电极对光的吸收,有效地阻碍了电解质与导电玻璃的直接接触,最终电极的光电转化性能有原先的3.8%提高到4.9%。4).用丝网印刷和浸渍法在FTO上制备了多孔和溶胶-多孔两类TiO2薄膜,以葡萄糖为目标污染物,利用电化学工作站考察了电极的光电化学性能。测试结果表明,由于引入了溶胶,增加了TiO2纳米颗粒与基底的附着力,改善了TiO2颗粒与基底的欧姆接触,使得溶胶-多孔电极的电荷转移电阻远小于多孔电极,提高了光电催化电极的光电流。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-24
  1.1 引言  12-13
  1.2 染料敏化太阳能电池的基本结构和工作原理  13-16
    1.2.1 染料敏化太阳能电池的基本结构  13-15
    1.2.2 染料敏化太阳能电池的工作原理  15-16
  1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展  16-22
    1.3.1 染料敏化太阳能电池中半导体纳米晶的重要性  17-18
    1.3.2 纳米晶多孔薄膜的制备  18-21
    1.3.3 染料敏化纳米晶多孔薄膜的改性研究  21-22
  1.4 纳米二氧化钛电极光电催化降解有机物  22-23
  1.5 本论文的工作思路及主要内容  23-24
第二章 不同酸碱度溶胶的制备、水热生长和光电性能  24-40
  2.1 引言  24-25
  2.2 二氧化钛溶胶的制备及表征  25-27
    2.2.1 实验原料  25
    2.2.2 实验过程  25-27
    2.2.3 表征手段  27
  2.3 二氧化钛光阳极的制备及电池的组装测试  27-30
    2.3.1 实验过程  27-30
    2.3.2 光电性能测试系统  30
  2.4 结果与讨论  30-40
    2.4.1 物相分析  30-31
    2.4.2 微结构分析  31-33
    2.4.3 BET分析  33-36
    2.4.4 两种不同pH二氧化钛溶胶制备的光阳极的光伏性能表现  36-40
第三章 二氧化钛溶胶修饰光阳极提高染料敏化太阳能电池的光伏性能  40-56
  3.1 引言  40-41
  3.2 溶胶内渗透光阳极提高染料敏化太阳能电池的光伏性能  41-49
    3.2.1 主要试剂和仪器  41
    3.2.2 二氧化钛溶胶的制备与表征  41-42
    3.2.3 二氧化钛电极的制备、改性与形貌表征  42
    3.2.4 染料敏化太阳能电池的组装  42
    3.2.5 光伏性能测试  42-43
    3.2.6 结果与讨论  43-49
  3.3 透明二氧化钛致密薄膜作为光阳极阻挡层的制备及光伏性能  49-55
    3.3.1 二氧化钛电极的制备、改性与形貌表征  49-50
    3.3.2 染料敏化太阳能电池的组装  50
    3.3.3 光伏性能测试  50
    3.3.4 结果与讨论  50-55
  3.4 小结  55-56
第四章 二氧化钛电极的制备及其光电化学性质  56-67
  4.1 引言  56
  4.2 不同微结构的二氧化钛电极的制备  56-63
    4.2.1 实验原料与设备  56-57
    4.2.2 实验过程  57-59
    4.2.3 电极的表征  59
    4.2.4 结果与讨论  59-63
  4.3 电极面积对光电化学的影响  63-65
    4.3.1 制备  63
    4.3.2 表征  63
    4.3.3 结果与讨论  63-65
  4.4 本章小结  65-67
第五章 全文总结  67-68
参考文献  68-77
硕士期间所撰写的论文及申请的专利  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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