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分级微纳结构tio2空心球的制备及其在DSSC中的应用

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分级微纳结构TiO2空心球的制备及其在DSSC中的应用

作者：马黎湖北大学

学位级别：硕士

1991年,瑞士洛桑联邦理工大学Gratzel研究小组发明了染料敏化太阳能电池(DSSC),它改变以往的太阳能电池结构复杂、质量笨拙、价格昂贵,不易广泛使用的缺点而很快受到世界各国研究者的广泛关注。纳米半导体tio2光阳极是染料敏化太阳能电... 详细信息

1991年,瑞士洛桑联邦理工大学Gratzel研究小组发明了染料敏化太阳能电池(DSSC),它改变以往的太阳能电池结构复杂、质量笨拙、价格昂贵,不易广泛使用的缺点而很快受到世界各国研究者的广泛关注。纳米半导体tio2光阳极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分,它的形貌和性能直接影响太阳能电池表现出来的光电转换效率,因此如何通过改变纳米半导体tio2光阳极的微观形貌来提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率是目前研究的重点。近年来,空心结构tio2更是由于具有较大的比表面积,特殊的孔结构以及独特的光学活性而受到人们越来越多的重视。本文主要围绕空心结构tio2光催化材料的合成、表征和性能等方面的研究开展了如下工作： (1)通过葡萄糖水热法制备了不同大小(200-500nm),分散良好的模板碳球,研究了葡萄糖水热时间,浓度、酸度和温度对胶质碳球大小和分散性的影响：以碳球为模板,钛酸四丁酯(TBT)为前驱体,通过模板法制备了大小不同(200-500nm)的tio2实心微球,通过高温煅烧除去模板得到空心球结构,并讨论了不同条件对tio2空心球形貌的影响因数。 (2)以葡萄糖、硼酸和氟钛酸铵为原料,采用一步水热合成法在葡萄糖聚合形成的胶质碳球表面原位生成了tio2实心微球,再经高温焙烧脱除碳球模板,制得tio2空心微球。相比传统的三步模板法,制作工艺更简单,形貌更完整。 (3)将tio2空心球应用于染料敏化太阳电池(DSSC)领域作为光散射层用于提高光阳极对光的散射。这种新颖的P25/HS tio2双层复合膜电极,相比传统的单纯的P25纳米晶电极(Jsc=13.5mAcm-2,Voc=0.653V FF=0.53,η=4.95%)或HS纳米晶电极(Jsc=6.32mAcm-2,Voc=0.694V,FF=0.44,η=2.03%)可以得到更高的光电转化效率(Jsc=15.79mAcm-2,Voc=0.653V,FF=0.55,η=6.66%)。

关键词：染料敏化太阳能电池分解结构 tio2空心球光散射

基于tio2空心球和ZnIn2S4的可见光催化性能的改性研究

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基于TiO2空心球和ZnIn2S4的可见光催化性能的改性研究

作者：李凡江苏大学

学位级别：硕士

最近,大量关注使用金属氧化物和硫化物作为光催化剂来光催化降解有机污染物。由于其具有稳定性,低成本和无毒性的特点,tio可作为理想的降解有机污染物的催化剂。而tio的最大缺点是宽的带隙和载流子复合率高,其仅可以吸收太阳光中的紫外... 详细信息

最近,大量关注使用金属氧化物和硫化物作为光催化剂来光催化降解有机污染物。由于其具有稳定性,低成本和无毒性的特点,tio可作为理想的降解有机污染物的催化剂。而tio的最大缺点是宽的带隙和载流子复合率高,其仅可以吸收太阳光中的紫外线。在硫化物中,ZnInS具有对应于可见光区的带隙。然而,ZnInS具有光电子-空穴对的快速重组和光激发电荷载体的迁移能力低下的缺点。本论文,主要基于tio和ZnInS这两种半导体进行了可见光性能改性研究,构建了三种新型的tio空心球/g-CN,ZnInS/CQDs和中空双壳ZnInS@tio复合光催化剂。通过多种方法对所得光催化剂进行了分析,并评价了其光催化活性。详细内容如下:1.通过简单的浸渍法成功构建了tio空心球/g-CN(TOCN)夹层结构复合光催化剂。tio空心球已完全嵌入至g-CN的层间,形成一种独一无二结构的异质结。通过在可见光照射下降解罗丹明B来评估夹层结构的可见光催化活性。结果发现:TOCN-2比纯g-CN(18.62%)和tio空心球(16.37%)具有更高的光催化效率(98.09%)。更重要的是,TOCN-2展现出优于tio纳米粒子/g-CN复合物的光催化性能,说明在TOCN体系中tio的中空形态对于RhB降解起着至关重要的作用。根据捕获实验,提出了TOCN夹层结构复合光催化剂降解RhB的机理。在TOCN系统中,tio的形貌效应以及tio空心球与g-CN之间的协同作用共同导致光催化活性的显着提高。2.通过原位水热法设计新型的紫外可见近红外光驱动的ZnInS/CQDs复合纳米花。CQDs均匀的分散在ZnInS纳米花的表面。对制备的ZnInS/CQDs(ZIS/CQDs)异质结进行了系统地表征,并采用盐酸四环素,罗丹明B和甲基橙来评价ZIS/CQDs纳米复合物的光催化活性。相比于纯的ZnInS,结果表明ZIS/CQD在紫外线(84.3%),可见光(85.1%),近红外光(43.8%)和模拟阳光(87.04%)照射下对TC表现出优异的光催化性能,这归因于有效的电荷分离和转移以及CQD的上转换光致发光性质。此外,根据捕获和荧光实验,提出了ZIS/CQDs复合光催化剂降解污染物的机理。3.通过简单的溶剂热法制备了双壳结构的ZnInS@tio-x(ZIS@tio-x)复合空心球可见光光催化剂。ZnInS纳米片很好地自组装在tio空心球外表面上形成双壳结构的ZnInS@tio的复合球。采用各种表征来研究形貌、结构、光学性质和光生电荷载体的转移过程。此外,盐酸四环素的光催化实验测试表明,与可见光下的纯tio和ZnInS相比,样品ZIS@tio-x显示出增强的光催化活性,其中ZIS@tio-2表现出最高的电荷分离效率和最高光催化降解活性。基于实验结果,可以知道具有紧密界面的多孔中空结构可以有助于可见光的吸收和利用,ZnInS纳米片自组装的外层结构形成了许多活性位点和双壳结构有利于载流子转移。另外,根据捕获实验,提出了ZIS@tio复合光催化剂的降解机理。

关键词：光催化降解夹层结构 tio2空心球 ZnIn2S4纳米花双壳结构

CeO2/tio2空心球异质结的构建及光催化活性

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CeO2/TiO2空心球异质结的构建及光催化活性

tio_2空心球制备及在染料敏化太阳能电池和锂离子电池中应用的研究进展

中国化学会第30届学术年会-第二十七分会：光化学

作者：孙彬孙学凤高婷婷周国伟齐鲁工业大学化学与制药工程学院山东省高校轻工精细化学品重点实验室

tio空心球因其具有较大的比表面积、吸附能力强和渗透性好等优点,而被广泛应用于光催化领域[1]。但是,tio纳米材料作为一种宽禁带半导体材料,存在对太阳光利用率低、电子迁移率低等问题,使其应用受到限制。为了解决上述问题,可以从抑制... 详细信息

tio空心球因其具有较大的比表面积、吸附能力强和渗透性好等优点,而被广泛应用于光催化领域[1]。但是,tio纳米材料作为一种宽禁带半导体材料,存在对太阳光利用率低、电子迁移率低等问题,使其应用受到限制。为了解决上述问题,可以从抑制电子-空穴复合和扩展光吸收范围两个方面来改善其光催化效果[2]。本文通过在tio空心球表面与窄带隙半导体CeO2复合,构建了CeO/tio空心球异质结纳米材料(Fig.1a,b)。在紫外光和可见光下对甲基橙光催化降解,结果显示CeO/tio空心球异质结提高了光催化降解效率和拓展了可见光吸收(Fig.1c,d)。

关键词： tio2空心球 CeO2/tio2空心球异质结甲基橙光催化

来源： cnki会议评论

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材料导报 2016年第19期30卷 134-140,147页

作者：刘作花许秀玲周国伟齐鲁工业大学化学与制药工程学院、山东省高校轻工精细化学品重点实验室济南250353 潍坊科技学院化工与环境学院潍坊262700

空心球结构的半导体氧化物具有密度低、比表面积大、机械和热稳定性好等优点。空心球结构对tio_2纳米材料的电化学性能有着显著的优化作用,tio_2空心球作为一种重要的半导体氧化物具有良好的物理和化学性质,在多种领域均表现出潜在的应... 详细信息

空心球结构的半导体氧化物具有密度低、比表面积大、机械和热稳定性好等优点。空心球结构对tio_2纳米材料的电化学性能有着显著的优化作用,tio_2空心球作为一种重要的半导体氧化物具有良好的物理和化学性质,在多种领域均表现出潜在的应用价值,制备大小和壳层数均可控的半导体tio_2空心球已引起了研究者的广泛关注。主要综述了在硬模板、软模板和无模板条件下tio_2空心球的制备方法;同时还介绍了其在染料敏化太阳能电池和锂离子电池方面的最新研究进展;最后,对tio_2空心球的可控合成前景进行了展望。

关键词： tio2空心球硬模板软模板

纳米结构tio_2/PS及tio_2空心球的自组装与表征

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化学学报 2006年第3期64卷 198-202页

作者：宋秀芹杨晓辉陈汝芬魏雨河北师范大学化学学院石家庄050016

以TiCl4的盐酸溶液配制的tio2溶胶为前驱体,以聚苯乙烯微球为载体,在表面活性剂存在下,通过逐层自组装技术制备了纳米结构tio2/PS及tio2空心球.利用XRD,SEM,TG-DTA等对复合颗粒进行了表征.研究表明:纳米结构tio2/PS的组成、结构、形貌... 详细信息

以TiCl4的盐酸溶液配制的tio2溶胶为前驱体,以聚苯乙烯微球为载体,在表面活性剂存在下,通过逐层自组装技术制备了纳米结构tio2/PS及tio2空心球.利用XRD,SEM,TG-DTA等对复合颗粒进行了表征.研究表明:纳米结构tio2/PS的组成、结构、形貌和粒度可通过溶胶酸度、组装时水解反应温度、煅烧温度、硫酸根的加入量来控制.

关键词：纳米结构tio2 tio2/PS复合颗粒 tio2空心球自组装

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tio_2空心球的制备、修饰及应用

化工新型材料 2017年第5期45卷 40-42,45页

作者：郑玉洁李秀艳周国伟山东省高校轻工精细化学品重点实验室齐鲁工业大学化学与制药工程学院济南250353 潍坊科技学院化工与环境学院潍坊262700

tio_2空心球由于其具有比表面积大、吸附能力强、渗透能力强和电子迁移率高等特点,在锂离子电池、染料敏化太阳能电池、光催化和电流变流体等领域中展现出巨大的应用潜力。综述了tio_2空心球常用的几种制备方法,如水热法、溶胶-凝胶法... 详细信息

tio_2空心球由于其具有比表面积大、吸附能力强、渗透能力强和电子迁移率高等特点,在锂离子电池、染料敏化太阳能电池、光催化和电流变流体等领域中展现出巨大的应用潜力。综述了tio_2空心球常用的几种制备方法,如水热法、溶胶-凝胶法、液相沉积法和阳极氧化法,同时还介绍了tio_2空心球的修饰研究以及其在相关应用领域中的最新研究进展。

关键词： tio2空心球修饰复合材料电化学光催化

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tio2纳米管与空心球的制备与性能研究

TiO2纳米管与空心球的制备与性能研究

作者：林幸景德镇陶瓷学院

学位级别：硕士

tio2是当前光催化材料的重要部分,tio2纳米管、空心球具有较大的比表面积,它们主要在光催化降解污染物、太阳能的储存、光电转换等方面有着重要用途。本文以钛酸四丁酯为前躯体,利用溶胶—凝胶法制备tio2纳米粉体。以葡萄糖为反应物,... 详细信息

tio2是当前光催化材料的重要部分,tio2纳米管、空心球具有较大的比表面积,它们主要在光催化降解污染物、太阳能的储存、光电转换等方面有着重要用途。本文以钛酸四丁酯为前躯体,利用溶胶—凝胶法制备tio2纳米粉体。以葡萄糖为反应物,采用水热法制备含碳多聚糖微球,以含碳多聚糖微球为模板,采用溶胶凝胶法制备tio2空心球。以tio2纳米粉和NaOH为原料,采用水热法制备钛酸纳米管,将纳米管分别在350℃、450℃、550℃焙烧6小时后得到锐钛矿相的tio2纳米管(TNT)。通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、紫外—可见分光光度计等测试方法对产物的性能进行了表征,探讨了影响光催化性能的因素。实验结果表明,随着水热反应时间的增加,含碳多聚糖微球的粒径逐渐增加。以含碳多聚糖微球为模板制备得到锐钛矿型tio2空心球粒径大约为650nm,球壁厚度大约为18nm。水热法制备的纳米管为无定型态,组成为H2Ti2O5·H2O。随着水热反应时间的延长,纳米管的含量增加,纳米管增长;当水热反应温度在一定范围内,随着水热反应温度的升高,纳米管的含量增加,纳米管增长。纳米管的光催化效率与水热反应时间和水热反应温度成正比关系。钛酸纳米管焙烧处理后制得二氧化钛纳米管(TNT),随着焙烧温度的升高,TNT中锐钛矿的含量增加,但管状结构被破坏。影响tio2纳米管对亚甲基蓝的光催化效率的因素包括吸附性能和晶体组成。水热反应温度为200℃,反应时间为20h制得的钛酸纳米管经过450℃焙烧后,对亚甲基蓝的光催化降解效果最好。

关键词： tio2纳米管 tio2空心球水热法光催化性能

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中国科学：化学 2012年第7期42卷 1022-1028页

作者：马黎赵丽王世敏董兵海许祖勋卢红兵万丽湖北大学功能材料绿色制备与应用省部共建教育部重点实验室武汉430062

以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,通过碳球模板法制备出直径为200nm、壳厚20～25nm的tio2空心球(HS).通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附脱附等对产物的形貌、晶相组成、孔结构和紫外-可见光谱... 详细信息

以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,通过碳球模板法制备出直径为200nm、壳厚20～25nm的tio2空心球(HS).通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和N2吸附脱附等对产物的形貌、晶相组成、孔结构和紫外-可见光谱性质进行了表征,结果显示所制备的锐钛矿相tio2空心微球是由初级结构纳米级tio2晶粒构成的.将这种tio2空心球应用于染料敏化太阳电池(DSSC)领域可以提高光阳极对光的散射.通过制备P25/HS-tio2双层膜电极,相比单纯的P25纳米晶电极(Jsc=13.5mAcm?2,Voc=0.653V,FF=0.53,η=4.95%)可以得到更高的光电转化效率(Jsc=15.79mAcm?2,Voc=0.653V,FF=0.55,η=6.66%).

关键词：染料敏化太阳能电池分级结构 tio2空心球光散射

水热沉淀法制备Pt掺杂tio_2空心球及其对罗丹明B的降解

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暨南大学学报（自然科学与医学版） 2010年第5期31卷 495-500页

作者：冯炫阳区杨泠关秋刘应亮暨南大学化学系广东广州510632

以硫酸钛、尿素为原料,碳球为模板,采用水热沉淀法制备了tio2空心球,用水合肼还原氯铂酸的方法得到Pt掺杂的tio2空心球.利用X线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和傅... 详细信息

以硫酸钛、尿素为原料,碳球为模板,采用水热沉淀法制备了tio2空心球,用水合肼还原氯铂酸的方法得到Pt掺杂的tio2空心球.利用X线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等测试手段对所得的样品进行了表征,并以高质量浓度的罗丹明B为降解物考察了其在紫外光下的光催化活性.实验结果表明,掺杂少量的Pt不会影响tio2空心球的晶型.光催化降解实验表明,水热沉淀法制备的Pt-tio2空心球在紫外光下具有比商品二氧化钛P25(Degussa)更高的光催化活性,特别是Pt掺杂量2.0%的tio2空心球的光催化活性最高,当光催化反应2 h后对罗丹明B的脱色率可达100%.

关键词： tio2空心球 Pt掺杂光催化降解罗丹明B