多孔二氧化钛薄膜的制备及性能研究

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1、摘要近年来，Ti02在光催化及染料敏化太阳能电池(Dye．sensitisedSolarCell，简称DSC)中的应用引起了人们的广泛关注。但是，由于Ti02存在着量子效率低，对太阳光的利用率小等缺点，使其在实际中的应用受到了很大限制。本文以聚苯乙烯(polystyrene，PS)球为模板，制备了多孔Ti02薄膜，并进一步对薄膜进行了Cu20修饰，将薄膜的光吸收范围拓展至可见光区；研究了薄膜的结构以及修饰前后薄膜的光催化性能。通过丝网印刷法制备了锐钛矿型的多孔Ti02薄膜电极，研究了光阳极的结构以及表

2、面改性对DSC性能的影响。具体工作如下：．以粒径约为100nm的PS球为模板，通过先浸渍提拉Ti02溶胶，后经550℃热处理分解聚苯乙烯球的方法得到多孔Ti02薄膜。在不同的光源照射下，进行了光催化降解亚甲基蓝实验；对多孔Ti02薄膜进行了Cu20修饰，比较了修饰前后的薄膜对亚甲基蓝的光降解效率。研究结果表明：薄膜的孔径与模板PS球的粒径一致；多孔薄膜随着膜厚的增加，结构更加规则有序，光降解效率逐渐增加；而不具有多孔结构薄膜的光降解效率则随着膜厚的增加而减小；多孔薄膜在紫外光照射下比在模拟太阳光照射下

3、的光降解效率高；经过Cu20修饰的多孔Ti02薄膜在模拟太阳光照射下的光降解效率有所增强，而在紫外光照射下的光降解效率则减小。将PS球微乳液与Ti02溶胶按体积比l：2的比例均匀混合后，烧结制得Ti02粉末，再采用丝网印刷法在导电玻璃基底上制备多孔Ti02纳米晶薄膜电极，组装DSC。研究了多孔Ti02纳米晶薄膜电极的形貌、TICl4处理、膜厚以及金属离子的掺杂对DSC性能的影响。研究结果表明：多孔Ti02纳米晶薄膜电极呈规则的蜂窝状结构，这种结构有利于染料的吸附和电子传输，其光电性能比用商用P25粉末

4、制备电极组装的DSC性能要好；使用TiCl4处理能使DSC的光电性能产生显著的提高；以Ca2+，Mg十，Zn2+，Sn4+掺杂可以提高DSC的光电性能，而Al”的掺杂使电池的光电转化效率减小。关键词：Ti02多孔薄膜光催化染料敏化太阳能电池聚苯乙烯球模板AbstractTheapplicationofTi02onphotocatalysisanddye—sensitizedsolarcells(DSC)hasattractedwideattentionrecently．Inthispaper,weus

5、edpolystyrenespheresastemplatetoprepareporousTi02thinfilmandmadeafurthersurface-modificationbyCu20．Thestructureandphotocatalysispropertieswereinvestigated．WealsopreparedporousTi02thinfilmelectrodethroughscreen—printingandstudiedthestructureofphotoanodea

6、ndtheimpactofthesurfacemodificationontheperformanceoftheDSC．Thedetailswereasfollow．ThephotocatalysistestsweremadeunderdifferentilluminantirradiationtocomparethephotodegradationefficiencyofdifferentTi02thinfilms．Theresultsshowedthatthephotodegradationeff

7、iciencyoftheporousTi02thinfilmenhancedwithincreaseofthemicknessofthefilm．butthefilmswithoutholeswereopposite．ItwasalsofoundthattheCu20surface-modificationimprovedthephotodegradationefficiencyofporousTi02thinfilmunderthesimulatedsunlight。whiledecreasedth

8、eefficiencyundertheUVlight．ThesurfacemorphologyandtheimpactsofTiCl4treatment，thicknessandmetalliciondopingontheDSCpropertieswereinvesitigated．TheresultsshowthatthestructureofporousTi02thinfilmelectrodeisbeneficialtodyeadsorptiona