有機酸解膠法制備的銳鈦礦相TiO2超細晶粒的自組裝薄膜及其光電化學性能.pdf

1、納米二氧化鈦溶膠由于具備了粉體與薄膜等固態(tài)材料不可比擬的親和性及相容性，而成為了一種具有廣闊應用前景的無機納米材料。對于溶膠來說，穩(wěn)定性和分散性是評價其性能好壞的重要指標，同時還會影響其在實際中的應用效果，因此，如何獲得穩(wěn)定高分散的溶膠仍是二氧化鈦溶膠制備及應用過程中的核心問題。本論文采用沉淀-解膠法結(jié)合水熱處理合成了銳鈦礦相二氧化鈦溶膠，同時，通過“自下而上”的方法，將二氧化鈦溶膠作為基元，自組裝制備了納米二氧化鈦薄膜，并對其在化學需

2、氧量(chemicaloxygendemand，COD)的檢測以及染料敏化太陽能電池(Dye-sensitizedsolarcells，DSSCs)等方面的應用進行了研究。
　　 以濕化學法得到的水合二氧化鈦為原料，采用三氟乙酸作為解膠劑，通過沉淀-解膠法制備了銳鈦礦相的二氧化鈦納米溶膠，結(jié)合水熱處理進一步調(diào)控了溶膠中二氧化鈦晶粒的尺寸。所獲得的二氧化鈦溶膠表現(xiàn)出了優(yōu)異的分散性和穩(wěn)定性。將干燥后的溶膠經(jīng)煅燒處理獲得二氧化鈦粉體，

3、通過苯酚的光催化降解實驗研究了粉體的光催化活性，其中從溶膠Ti/8TFA-2中所獲得的二氧化鈦粉體表現(xiàn)出了優(yōu)于商業(yè)納米二氧化鈦的光催化效果。
　　 將導電玻璃分別交替浸泡在膠核帶正電的TiO2溶膠和陰離子聚電解質(zhì)聚苯乙烯磺酸鈉(poly(styrenesulfonicacid)sodiumsalt，PSS)中，通過層層自組裝技術(shù)制備了不同層數(shù)的TiO2/PSS薄膜，經(jīng)500℃煅燒后，獲得了致密的納米TiO2薄膜，并在三電極體系的

4、電化學池中研究了薄膜的光電催化性能。其中，層數(shù)為15層的薄膜電極表現(xiàn)出了最佳的光電催化活性。將其作為傳感器用于COD的檢測，最終獲得的COD檢測范圍為0-130mg·L-1，最低檢測限為1.0mg·L-1。由此可見，將層層自組裝納米TiO2薄膜電極用于COD的檢測切實可行。
　　 利用二氧化鈦溶膠晶粒的高燒結(jié)活性，先將干燥后的溶膠進行低溫煅燒(300℃，1h)，煅燒后二氧化鈦的比表面積從224.7m2/g降低到了94.9m2/g

5、，適用于DSSC光陽極的制備，結(jié)合層層自組裝法制備的阻擋層（預處理），通過絲網(wǎng)印刷法最終獲得具有一定光學梯度的DSSC光陽極。經(jīng)預處理后，DSSC的性能明顯提高。為了進一步提高其光電性能，又將經(jīng)預處理的DSSC光陽極進行了后處理，通過溶膠的內(nèi)滲透改性后，DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率最終效率達到了7.87％。同時與傳統(tǒng)的TiCl4處理的改性工藝相比，利用溶膠對光陽極進行預處理及后處理表現(xiàn)出了更好的改性效果。因此，對于DSSC來說，溶膠改性光陽極

6、的方法可以有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TiCl4處理工藝而被廣泛應用。
　　 由于柔性透明聚合物基底不能耐受高溫，傳統(tǒng)的制膜方法不再適用于在柔性基底上制備光陽極，為了解決這個問題，引入了全新的全納米顆粒自組裝的概念，利用層層自組裝技術(shù)，以高結(jié)晶度的納米二氧化鈦溶膠與商業(yè)二氧化鈦P25為原料，在柔性基底上制備了一系列全納米二氧化鈦顆粒自組裝薄膜。為了進一步研究納米二氧化鈦薄膜的光電性能，將其分別用于水體中有機物的檢測以及染料敏化太陽能電池光陽極