TiO_%282%29纳米管阵列的制备及光电转化性能研究.pdf
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1、纳米管阵列的制备及光电转化性能研究李 荡王 雷张 杨李远勋(凯里学院 理学院贵州 凯里)摘 要:先采用电化学沉积法以 作为电沉积液在 导电玻璃基底上制备了 纳米棒阵列结构 然后以 纳米棒阵列作为模板采用溶胶凝胶方法在其表面制备 薄膜 最后用 溶液去除模板得到 纳米管阵列 通过扫描电子显微镜、射线能谱仪、射线衍射仪等技术对样品的结构、表面形貌及组成进行了表征 研究了电解液浓度对 薄膜表面形态的影响以及溶胶凝胶过程中溶胶陈化时间对 结构的影响 并将 纳米管阵列作为染料敏化电池阳极研究材料的光电转化效率 结果表明:电解液浓度为./时沉积的 质量较高以该条件下制备的 为模板陈化时间为 时可制备出尺寸均
2、一结构较好的有序 纳米管阵列 将陈化时间为 下制备的 纳米管阵列组装至 电池中电池的效率可高达 关键词:电沉积纳米管阵列 电池中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.()()()./.:太阳能是资源最丰富的可再生能源具有独特的优势和巨大的开发利用潜力充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处和协调发展 太阳能电池是根据光生伏特原理制成的光电转换器件 目前为止基于半导体硅及无机半导体化合物的太阳能电池光电转换效率最高已达 但长期以来复杂的制作工艺和昂贵的成本限制了它们的发展和应用 而染料敏化太阳能电池()是工程与材料科学/第 卷根据光生伏特原理将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电器件是伴
3、随着半导体电化学发展起来的一个崭新的科学研究领域纳米 作为一种重要的无机功能材料由于其具有粒径小、比表面积大、吸收紫外线能力强、光催化性能好、磁性强、热导性好、易分散、所制悬浮液稳定等优点而倍受关注 与 纳米颗粒相比纳米管具有更大的比表面积、更高的光催化活性和更强的吸附能力在光催化剂、太阳能电池、气敏传感材料和超级电容器方面有着广泛的应用 制备和开发 纳米管已成为国内外的一个研究热点尤其制备有序排列的 纳米管阵列是 纳米管制备研究领域的一个重要发展方向 提出了基于纳米晶二氧化钛多孔电极的染料敏化太阳能电池并获得成功其光电转换效率超过 等人首次提出了 纳米管阵列薄膜的制备方法采用阳极氧化在钛片表
4、面制备了一层高度有序的纳米管阵列结构 通过控制阳极氧化电压、电解质组成、值和氧化时间等能够有效地控制 薄膜的微观结构参数如纳米管的直径、管长和管壁厚度等从而实现了对制膜工艺的控制 研究小组报道了采用 纳米管阵列薄膜作为电机组装的染料敏化太阳能电池体系 但目前 纳米管阵列染料敏化太阳能电池的光电转化效率还不高作为一种新型的半导体薄膜材料仍有许多问题有待于进一步研究因此本课题以电沉积 纳米棒薄膜为模板制备 纳米管 之所以选择电沉积法制备一维 纳米棒是由于该方法简单、快速、低温并且可以控制 纳米棒的密度、直径和高度以及它能够在玻璃、硅板、导电基板等大面积上运用 此外可以充分利用钛前驱物的溶胶凝胶反应
5、严格控制工艺过程形成垂直对齐独立的 纳米管阵列跟任何真空技术相比溶胶凝胶过程低成本、高透光率这对于实际应用很重要 最后可通过 射线衍射仪()、能量色散 射线谱()、扫描电子显微镜()进行表征并对其形貌、结构进行研究 实验部分.原料与试剂实验所用试剂包括:钛酸四正丁酯(.国药集团化学试剂有限公司)氯化锌(.国药集团化学试剂有限公司)氯化钾(.天津市申泰化学试剂有限公司)二乙醇胺(.天津市巴斯夫化工有限公司)丙酮(.湖南师大化学试剂厂)异丙醇().天津市大茂化学试剂厂)无水乙醇(.安徽安特生物化学有限公司)实验采用 导电玻璃处理方法:分别在丙酮、无水乙醇、去离子水中分别超声振荡 晾干.纳米棒模板的
6、制备在标准三电极电池体系中以 导电玻璃为工作电极(阴极)铂电极为对电极(阳极)饱和甘汞电极为参比电极./作为辅助电解液为电解质溶液浓度分别控制为./、./、./以研究电解液浓度对 的影响 组装好电解池后控制温度为 沉积电压为.沉积时间为 电沉积出 纳米棒模板.纳米管的制备将钛酸四丁酯、无水乙醇、二乙醇胺、去离子水以质量为 .配置钛前驱体陈化时间分别为 、研究陈化时间对 纳米管的影响 将制备好的 纳米棒模板垂直浸渍于钛前驱体中浸渍时间为 然后以/将模板提出待模板在空气中完全蒸干 将制好的模板在 下加热 再以 /升温至 加热 然后让样品随炉子自然冷却 最后将煅烧好后的导电玻璃浸渍于./的 溶液中
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