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酶-CdSe-TiO_2光/酶混合生物燃料电池

作　者: 崔岩
导　师: 刘绍琴
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 量子点 [Co（Phen）3]2+ TiO2薄膜 量子点敏化的TiO2光电极 葡萄糖氧化酶 光/酶混合生物燃料电池
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着对太阳能开发的不断深入,染料敏化的太阳能电池（dye-sensitized solar cells, DSSCs）因具有低成本、环境友好和较高的光电转换效率等特性在众多光电转换装置中脱颖而出,成为近几年研究的热点。为了进一步地提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率和长期稳定性,各种染料被用于敏化纳米结构的宽能隙半导体TiO2电极。其中,量子点（quantum dots, QDs）敏化的太阳能电池,因具有较大地发展潜力而被广泛研究。本论文采用静电层层自组装（electrostatic layer-by-layer self-assembly, LBL）技术,将量子点与[Co（Phen）3]2+或PAH有序组装到TiO2薄膜基底上,成功构建了CdSe@CdS量子点敏化的TiO2光电极。其中,LBL技术制备的量子点敏化的TiO2光电极,包括两种类型的纳米膜结构:ITO/TiO2/（CdSe@CdS/PAH）n （简称为Ⅰ型膜）和ITO/TiO2/(CdSe@CdS/[Co（Phen）3]2+-PEI)n （简称为Ⅱ型膜）。多种光谱研究表明CdSe@CdS量子点成功地被组装到TiO2薄膜基底的表面,并且沉积的量均匀,成膜质量好。其光电检测的结果表明,当组装层数较低时,两种类型光电极的光电性能均随着量子点多层的组装层数的增加而增强;当层数进一步增加时,光电性能反而降低。此外,Ⅱ型膜结构的TiO2光电极虽然沉积较少的CdSe@CdS量子点,但光电性能要远高于I型膜结构的TiO2光电极。在此基础上,选取Ⅱ型膜结构的TiO2光电极,采用LBL技术在其表面组装葡萄糖氧化酶/[Co（Phen）3]2+-PEI多层,成功制备了CdSe@CdS量子点敏化薄膜和酶膜复合的光/酶混合生物燃料电池的光电阳极。其具有良好的光伏特性,150 W氙灯照射下,产生显著的光电流,并且对光具有良好的即时电流响应。此外,当在PBS电解液中加入葡萄糖时,光电流强度显著增强,且其随葡萄糖浓度的增加而增加。而当葡萄糖浓度大于8 mM时,随着葡萄糖浓度的增加,电流强度几乎不变,即8 mM葡萄糖为饱和浓度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 染料敏化的Ti0_2 光伏电池  9-16
    1.2.1 Ti0_2 的性质  9-10
    1.2.2 染料敏化的Ti0_2 光伏电池  10-12
    1.2.3 量子点敏化的Ti0_2 光伏电池  12-16
  1.3 酶生物燃料电池  16-18
    1.3.1 生物燃料电池  16-17
    1.3.2 酶生物燃料电池  17-18
    1.3.3 光/酶混合生物燃料电池  18
  1.4 本课题的主要研究内容  18-20
第2章 材料与方法  20-25
  2.1 实验材料  20-21
    2.1.1 试剂  20-21
    2.1.2 仪器  21
  2.2 实验方法  21-24
    2.2.1 CdSe@CdS量子点的合成  21-22
    2.2.2 固相化学反应法制备邻菲啰啉钴  22
    2.2.3 旋涂法制备Ti0_2 薄膜  22
    2.2.4 组装CdSe@CdS量子点敏化的Ti0_2 光电极  22-23
    2.2.5 量子点敏化的Ti0_2 光电极的光电特性检测  23-24
    2.2.6 Ⅱ型膜结构的Ti0_2 光电极表面组装酶膜  24
    2.2.7 GOD-CdSe@CdS-Ti0_2 光电阳极的光电化学特性检测  24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 合成材料的表征  25-31
  3.1 CdSe@CdS量子点的表征  25-27
    3.1.1 CdSe@CdS量子点的光谱分析  25-27
    3.1.2 CdSe@CdS量子点的粒径及溶液浓度的计算  27
  3.2 邻菲啰啉钴的表征  27-30
    3.2.1 Co(Phen)_3C_12 的紫外可见光谱分析  28
    3.2.2 Co(Phen)_3C_12 的傅里叶红外光谱分析  28-29
    3.2.3 Co(Phen)_3C_12 的循环伏安法分析  29-30
  3.3 本章小结  30-31
第4章 CdSe@CdS量子点敏化Ti0_2光电极的光电特性检测  31-39
  4.1 引言  31
  4.2 SEM表征Ti0_2 薄膜的厚度  31
  4.3 CdSe@CdS量子点多层敏化的Ti0_2 薄膜的光学表征  31-33
  4.4 光电特性的表征  33-36
  4.5 可能的机理  36-37
  4.6 本章小结  37-39
第5章 GOD-CdSe@CdS-Ti0_2光/酶混合生物燃料电池  39-43
  5.1 引言  39
  5.2 光电阳极的直接电化学研究  39-40
  5.3 光电阳极的光电化学研究  40-42
  5.4 本章小结  42-43
结论  43-44
参考文献  44-49
攻读学位期间发表的学术论文  49-51
致谢  51

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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） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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