二氧化鈦空心結(jié)構(gòu)的制備及其在太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、隨著資源的過度利用和大自然的嚴重污染，生態(tài)環(huán)境遭受了嚴重的破壞。人們迫切需要開發(fā)出能夠經(jīng)濟有效地利用能源且并不污染環(huán)境的新型功能材料。染料敏化太陽能電池(DSSC)是一種新型光電化學太陽能電池，由于它制作工藝簡單、成本低和性能穩(wěn)定，并且對環(huán)境無污染，具有良好的開發(fā)前景。它是解決世界范圍內(nèi)的能源危機和環(huán)境問題的一條重要途徑。納米TiO2薄膜是染料敏化太陽電池的重要組成部分，其形貌對電池性能影響顯著。納米TiO2正是這種能夠凈化環(huán)境的綠色功

2、能材料，它不僅具有氧化能力強、無選擇性、能耗低、無二次污染、降解完全等優(yōu)點，而且還具有價廉、無毒、可長期使用等特點，所以成為近年來光催化技術(shù)研究的熱點。其中，空心結(jié)構(gòu)TiO2由于具有較大的比表面積，較高的孔體積，而受到人們越來越多的重視。本文主要圍繞空心結(jié)構(gòu)二氧化鈦光催化材料的合成、表征和性能等方面的研究開展了如下工作：
　　 以尿素為堿性催化劑，采用化學誘導自轉(zhuǎn)變(CIST)方法制備了具有分等級結(jié)構(gòu)的銳鈦礦TiO2空心球，其殼

3、壁由銳鈦礦納米晶組成。TiO2空心結(jié)構(gòu)材料具有低密度、高比表面和分等級的孔結(jié)構(gòu)，且表現(xiàn)出較高的光收集效率和電子傳輸速度。本文研究了煅燒溫度對染料敏化太陽能電池光電性能的影響。隨著煅燒溫度的提高，電池的光電轉(zhuǎn)換效率(η)逐漸增加。600℃度煅燒的電池表現(xiàn)出最高的光電轉(zhuǎn)換效率。同時，對比研究了用銳鈦礦TiO2空心球與商業(yè)P25電極制備的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，其效率分別為4.82和4.35％。與商業(yè)P25制備的電池相比，銳鈦礦Ti

4、O2空心球電池的較優(yōu)的性能源于其大的比表面和分等級納米孔結(jié)構(gòu)。
　　 TiO2基納米管是以(NH4)2TiF6為鈦源，以ZnO納米棒為模板，在室溫下在氟鈦酸胺與硼酸的水溶液制備的。這種一步法制備TiO2基納米管是基于模板沉積-原位模板犧牲溶解機制。本體系促進從無定形轉(zhuǎn)變到銳鈦礦的轉(zhuǎn)變，發(fā)生在300℃，同時極大的抑制了從銳鈦礦到金紅石相的轉(zhuǎn)變。同時，樣品在300-800℃的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的銳鈦礦的穩(wěn)定性。未煅燒樣品表現(xiàn)出一個

5、分等級的大孔介孔結(jié)構(gòu)、400和600℃煅燒的樣品表現(xiàn)出單峰介孔分布，而800℃煅燒的樣品具有一個大孔結(jié)構(gòu)。隨著煅燒溫度的增高，平均晶粒尺寸與平均孔徑增加，同時，比表面積降低。紫外可見漫反射光譜表明在UV-vis區(qū)域的具有較強的吸收，隨著煅燒溫度的升高發(fā)生紅移。其中，600℃煅燒的樣品表現(xiàn)出最好的光催化活性，同時也具有最高羥基自由基，經(jīng)過7 h的UV照射，MO完全被降解。這源于銳鈦礦晶化程度的增強，ZnO-TiO2復合雜質(zhì)作為光生電子-空