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【6h】

Ag负载TiO2纳米管复合材料的制备及其在DSSCs中的应用

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能源是现代社会经济发展的基础，掌握新型能源技术就是掌握了未来社会前进的动力。太阳能是一种清洁的能源，太阳能的利用符合人类社会可持续发展的趋势，而染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种利用太阳能发电的新型光伏器件，因此受到各国研究者的关注。目前运用最广泛的染料敏化太阳能电池光阳极薄膜材料是TiO2和ZnO。锐钛矿TiO2是一种直接宽带隙的半导体材料，只能吸收紫外部分的光源，对太阳光的利用率较低，同时TiO2的电子和空穴复合率较高，进一步降低了TiO2作为光阳极薄膜材料的电池效率。ZnO也是一种直接宽带隙的半导体材料，是目前运用于光催化领域最多的半导体材料之一。但由于ZnO制备简单，形貌丰富，因此越来越多的研究者将ZnO运用于染料敏化太阳能电池。石墨烯是一种零带隙结构、电子迁移率高且电学性能优异的透光材料，一经问世便引起DSSCs研究者的关注。石墨烯-半导体复合材料不仅有利于提高半导体材料的光吸收，同时也有利于提高半导体内部界面电荷分离，降低半导体电子和空穴复合率。贵金属能引起表面等离子体共振效应，因此贵金属和半导体材料复合能增强光阳极薄膜对光的利用率，同时贵金属良好的电子传导能力也有利于降低电池的电阻。本实验中，我们通过控制TiO2形貌，研究了TiO2纳米管复合Ag及石墨烯对电池光电性能的影响，同时我们也探讨了不同基底材料对电池性能的影响。研究具体内容如下: (1)以钛酸丁酯为钛源，溶胶-凝胶/水热合成了TiO2纳米管(TNTs)，实验过程中探究了不同pH洗涤和退火温度对TNTs的影响，结果表明在pH=5退火温度400℃的时候可以得到结晶良好的TNTs。以光沉积法制备了Ag-TNTs-xH复合材料，实验结果表明Ag负载可以增加材料的光吸收，改善TNTs的表面结构。利用刮涂法制备了双层光阳极染料敏化电池，同时通过电化学工作站和太阳能电池量子效率系统研究了电池的光电性能，结果表明Ag负载TNTs的光阳极薄膜电池的光电转换效率最大能达到7.2％，较未加Ag的电池效率提高了2倍多。 (2)采用水热法合成出TNTs@GO复合材料，并利用光沉积将Ag负载在TNTs@GO表面，使用红外和拉曼证明了GO在水热过程中被还原成石墨烯。通过光沉积负载Ag以后，发现GO进一步还原，说明GO可以在紫外照射下去除氧化石墨烯边缘的含氧官能团。在探究石墨烯负载量的时候，我们发现石墨烯负载过多会加速电子背逆反应，降低电流密度。最终实验结果表明，Ag-TNTs@GO-8H的电流密度最大，光电效率也达到了5.76％。 (3)采用三种不同的钛源制备了TiO2纳米管，并探究了不同气氛下退火对TiO2纳米管的影响，结合实验结果我们决定使用P25作为钛源合成Ag-TNTs。同时我们也使用三种不同的锌源制备了ZnO导电基底，在对三种不同锌源制备的阳极薄膜光电性能测试后，我们发现Zn(ZO3)2制备的锌源光电性能最好，对比SEM研究结果，我们认为这是因为Zn(ZO3)2制备的ZnO阵列尺寸较小，和FTO导电玻璃接触紧密，便于电荷的传输。在负载Ag以后，我们发现电池的光电性能提高明显，这和前两章测试结果相同，沉积8H后电池的光电性能达到了2.462％。表明Ag对电池的光电性能影响是有一定规律性的。

著录项

  • 作者

    刘承阳;

  • 作者单位

    安徽大学;

  • 授予单位 安徽大学;
  • 学科 化学工程与技术；应用化学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 李村;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    负载; TiO2; 纳米管; 复合材料; 制备;

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