有序多孔tio2薄膜制备及其性能的研究

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1、InvestigationofPreparationandPropertiesofOrderedPorousTi02byLIHongB．S．(HengyangNormalUniversity)2008AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringlnAppliedChemistrylnChangshaUniversityofScience&TechnologySupervisorProfessorZhouYiMay,2011长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明

2、：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：专袁日期：沙1年于月功日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国

3、科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于1、保密口，在——年解密后适用本授权书。2、不保密囹。(请在以上相应方框内打“√’’)作者签名：导师签名：专家日期：沙¨年卜月Z7日日期：加}年，月≥7El摘要当前日益严重的环境污染和能源危机，使得太阳能近年来成为研究的热点，其中染料敏化太阳电池以其简单的工艺、低廉的成本等优势受到材料、化学、物理和能源等领域研究者的广泛关注。但目前作为研究主体的Ti02纳米材料，仍存在两大基本问题：其一，纳米粉体的比表面积小；其二，无序结构使得光生载流子容易复合。这两大问题限制了Ti02染料敏化太阳电

4、池的光电转化效率的提高。因此，研究具有高比表面积且有利于光生电子传输的有序多孔Ti02材料对光电转换效率的提高具有重要意义。胶体晶体模板法制备的材料具有孔径可控、孔径分布均匀等特点，因此被广泛应用于有序多孔材料的制备。本课题采用聚苯乙烯(PS)胶体晶体微球为模板，将溶胶．凝胶技术与浸渍．提拉法相结合制得有序多孔Ti02薄膜；通过Gd掺杂对有序多孔Ti02薄膜进行改性研究，并组装成染料敏化太阳电池，对其制备工艺及性能进行了系统研究，得出以下结果：(1)利用乳液聚合法合成出单分散、粒径均匀的聚苯乙烯微球颗粒，研究了聚合时间、引发剂用量等因素对PS胶体微球粒径的影响。结果表明：聚苯乙烯微球的粒径随

5、聚合时间的延长而增大、随引发剂的增加而减小。(2)采用浸渍．提拉法在导电玻璃基底上组装出高质量、不同粒径的聚苯乙烯微球胶体晶体模板，研究了乳液中胶体微球浓度及浸渍．提拉速度等制备工艺参数对胶体晶体模板质量的影响。实验结果表明：当PS微球粒径为300nm，微球乳液体积分数为20v01％时，以3cm／min的提拉速度组装出单层结构的规则有序的胶体晶体；当PS微球粒径为390nm，微球乳液体积分数为20v01％时，以1cm／min的提拉速度可组装出三维规则有序的胶体晶体。(3)以聚苯乙烯微球胶体晶体为模板，采用溶胶．凝胶技术与浸渍．提拉法相结合制备出有序多孔Ti02材料，并对Ti02溶胶的陈化时间

6、、胶体晶体模板在Ti02溶胶中的浸渍时间以及胶体晶体模板的形貌等制备条件对有序多孔Ti02微观结构的影响进行分析。结果表明：陈化12h的Ti02溶胶，以单层的PS胶体晶体为模板时的最佳浸渍时间为3min，以多层的PS胶体晶体为模板时的最佳浸渍时间为5rain。(4)利用优化的制备工艺成功制备出稀土Gd掺杂有序多孔Ti02，并对具有不同微观结构的有序多孔Ti02、Gd掺杂有序多孔Ti02所组装的染料敏化太阳能电池的光电性能进行对比分析。结果表明：多层有序多孔Ti02材料的UV．Vis光谱学性能及其组装的DSSC的光电性能均优于单层Ti02材料，且Gd3+掺杂量为0．5wt％的样品UV．Vis光

7、谱学性能最优，以Gd”掺杂量为0．5wt％的多层有序多孔Ti02组装的DSSC表现出较高的光电转化效率，其短路电流以c为4．13mA·cm一，开路电压％。为O．68V，光电转换效率1／为1．6％。关键词：聚苯乙烯；有序多j：LTi02；胶体晶体模板；Gd掺杂：染料敏化太阳电池IIABSTRACTInrecentyears，theincreasingseriusenvironmentpollutionanden