具有光電轉(zhuǎn)換功能TiO-,2-材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)由于其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換及物化性能成為半導(dǎo)體光電材料的研究熱點(diǎn)，在光電子器件、環(huán)境污水處理、空氣凈化、防霧抗菌材料等方面得到廣泛應(yīng)用與研究。在能量大于其禁帶寬度的光照射下，二氧化鈦產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，光生電子遷移至材料的表面，使載流子有效分離，實(shí)現(xiàn)二氧化鈦(TiO2)電極的光電轉(zhuǎn)換。在環(huán)境保護(hù)方面，光生電子遷移產(chǎn)生的光生空穴的強(qiáng)氧化能力以及導(dǎo)帶電子的還原能力使其能有效地氧化還原大部分有機(jī)物及一些金屬離子，在環(huán)境污染的治理方

2、面具有重大意義。因此，研究和制備性能優(yōu)良的功能性二氧化鈦材料是一項(xiàng)十分有意義的工作。 本論文應(yīng)用溶膠—凝膠法(Sol—gel)，配合絲網(wǎng)印刷技術(shù)，制備具有優(yōu)良性能敏化納晶TiO2多孔薄膜電極，并采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)，X—射線(xiàn)衍射(XRD)、高分辨電鏡(HRTEM)、太陽(yáng)能電池光譜測(cè)試系統(tǒng)等測(cè)試手段，對(duì)采用絲網(wǎng)印刷制備的敏化納晶TiO2多孔薄膜電極的表面微觀特征及光電性能進(jìn)行了表征。同時(shí)，利用溶膠—凝膠法結(jié)合紫外光助合成的

3、TiO2光催化材料，用X—射線(xiàn)衍射(XRD)、激光拉曼光譜(LaserRaman)、X—射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、高分辨電鏡(HRTEM)等測(cè)試手段，對(duì)光助合成的TiO2粉末進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，并與傳統(tǒng)溶膠—凝膠法制備的樣品相比，得到一些有意義的研究結(jié)果。上述二個(gè)方面為有效地利用太陽(yáng)光能源研究提供了積極的研究思路與方向，為解決可見(jiàn)光催化問(wèn)題提供了新的途徑。本論文主要研究以下幾方面的工作： 利用溶膠凝—膠法制備出了染料敏化納晶TiO2多

4、孔薄膜電極，對(duì)其制備工藝進(jìn)行研究表明，當(dāng)TiO2膠體含量為15％，并且薄膜電極的厚度為7～9μm時(shí)，利用涂敷法制備的薄膜電極組裝的太陽(yáng)能電池光電性能較好，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了4.6％。在此基礎(chǔ)上，將溶膠—凝膠法與絲網(wǎng)印刷技術(shù)相結(jié)合制備出了納晶TiO2多孔薄膜電極。通過(guò)對(duì)納晶TiO2多孔薄膜電極的光電性能參數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，利用乙基纖維素為增稠劑所制備的薄膜電極的性能相對(duì)比較優(yōu)越，所組裝的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了5.05％。在利用乙基纖

5、維素做粘稠劑的基礎(chǔ)上添加三種(AS、BT和C3)流平劑時(shí)，電池的光電轉(zhuǎn)換效率均達(dá)到了5.27％。通過(guò)對(duì)TiO2的固含量、絲網(wǎng)目數(shù)、網(wǎng)印次數(shù)、水熱時(shí)間、反應(yīng)環(huán)境、燒結(jié)程序的控制等工藝參數(shù)的考察，確定了制備染料敏化納晶TiO2多孔薄膜電極的最佳工藝參數(shù)。所組裝的染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到6.25％。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)染料敏化納晶TiO2多孔薄膜電極的表面進(jìn)行修飾，使電極的光電轉(zhuǎn)換效率由處理前的5.27％增加到6.72％。 將

6、紫外光輻射引入到溶膠—凝膠法過(guò)程的溶膠階段，紫外光的引入促進(jìn)了TiO2從無(wú)定形態(tài)向銳鈦礦相轉(zhuǎn)變的晶型形成，在100℃的燒結(jié)溫度就制得銳鈦礦型二氧化鈦催化劑，具有較小的粒徑分布和較大的比表面積，顯著地提高了銳鈦礦顆粒的晶化程度。光助合成的TiO2復(fù)合型催化劑，在可見(jiàn)光區(qū)有明顯的光譜響應(yīng)，在可見(jiàn)光催化降解多種有機(jī)污染物分子，通過(guò)紫外光催化降解羅丹明B溶液考察了樣品的光催化活性，結(jié)果顯示光助樣品的催化活性比非光助樣品明顯的高。 上述研