具有光電轉換功能TiO-,2-材料的制備及應用研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)由于其優(yōu)異的光電轉換及物化性能成為半導體光電材料的研究熱點，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，光生電子遷移至材料的表面，使載流子有效分離，實現(xiàn)二氧化鈦(TiO2)電極的光電轉換。在環(huán)境保護方面，光生電子遷移產(chǎn)生的光生空穴的強氧化能力以及導帶電子的還原能力使其能有效地氧化還原大部分有機物及一些金屬離子，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十分有意義的工作。 本論文應用溶膠—凝膠法(Sol—gel)，配合絲網(wǎng)印刷技術，制備具有優(yōu)良性能敏化納晶TiO2多孔薄膜電極，并采用場發(fā)射掃描電鏡(SEM)，X—射線衍射(XRD)、高分辨電鏡(HRTEM)、太陽能電池光譜測試系統(tǒng)等測試手段，對采用絲網(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行了表征。同時，利用溶膠—凝膠法結合紫外光助合成的

3、TiO2光催化材料，用X—射線衍射(XRD)、激光拉曼光譜(LaserRaman)、X—射線光電子能譜(XPS)、高分辨電鏡(HRTEM)等測試手段，對光助合成的TiO2粉末進行結構測試，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果。上述二個方面為有效地利用太陽光能源研究提供了積極的研究思路與方向，為解決可見光催化問題提供了新的途徑。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，對其制備工藝進行研究表明，當TiO2膠體含量為15％，并且薄膜電極的厚度為7～9μm時，利用涂敷法制備的薄膜電極組裝的太陽能電池光電性能較好，其光電轉換效率達到了4.6％。在此基礎上，將溶膠—凝膠法與絲網(wǎng)印刷技術相結合制備出了納晶TiO2多孔薄膜電極。通過對納晶TiO2多孔薄膜電極的光電性能參數(shù)進行比較發(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比較優(yōu)越，所組裝的太陽能電池光電轉換效率達到了5.05％。在利用乙基纖

5、維素做粘稠劑的基礎上添加三種(AS、BT和C3)流平劑時，電池的光電轉換效率均達到了5.27％。通過對TiO2的固含量、絲網(wǎng)目數(shù)、網(wǎng)印次數(shù)、水熱時間、反應環(huán)境、燒結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能電池光電轉換效率可達到6.25％。在此基礎之上，對染料敏化納晶TiO2多孔薄膜電極的表面進行修飾，使電極的光電轉換效率由處理前的5.27％增加到6.72％。 將

6、紫外光輻射引入到溶膠—凝膠法過程的溶膠階段，紫外光的引入促進了TiO2從無定形態(tài)向銳鈦礦相轉變的晶型形成，在100℃的燒結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復合型催化劑，在可見光區(qū)有明顯的光譜響應，在可見光催化降解多種有機污染物分子，通過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