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基于Ti基底上TiO_2纳米管阵列的生长及性能研究

作　者: 党铭铭
导　师: 周艺
学　校: 长沙理工大学
专　业: 物理化学
关键词: TiO_2纳米管阵列 制备 N掺杂改性 光电性能 光催化性能
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文采用阳极氧化法在含有NH_4F和H2O的新型乙二醇有机电解液体系中,制备高长径比的TiO_2纳米管阵列。这种黏性电解液体系使得氧化电压范围拓宽为15-45V,制得的纳米管管长在几微米左右,管径大小在70-100nm之间,管壁厚在10-15nm之间。而且未经热处理的TiO_2纳米管是无定形的,当热处理温度为600°C时,TiO_2纳米管阵列主要以金红石型存在。并将其应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)中,通过测试I?V曲线研究高长径比TiO_2纳米管阵列薄膜电极的光电性能。结果表明,随着氧化电压的增大,其制备的纳米管阵列的长径比增大,比表面积也随之增大,导致其短路电流密度(J_(SC))和开路电压(V_(OC))随之增大。当45V氧化电压条件下氧化10h后,TiO_2纳米管阵列薄膜电极的J_(SC)和V_(OC)分别为4.9mA/cm2和0.47V,且FF达到0.59,光电转换效率η达1.36%。 以NH_4NO _3为氮的掺杂源,对TiO_2纳米管进行了掺杂改性研究。在0.07M HF和不同浓度NH_4NO _3的电解液体系中采用一步阳极氧化法制备N掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜。结果表明:N元素可成功的掺杂到TiO_2纳米管中;当热处理温度为500℃时,N掺杂TiO_2样品以锐钛矿型存在;掺杂N时氧化电压在15V-20V之间,氧化时间在2h-4h之间较为合适,在该条件下制备的TiO_2纳米管阵列形貌优良;相比于未掺杂TiO_2样品,N掺杂TiO_2样品发生了红移,在可见光范围内光吸收强度增强。同时,以甲基橙溶液为目标降解物,氙灯为光源,研究N掺杂TiO_2样品对甲基橙的光催化活性。结果表明:在可见光照射下对甲基橙进行光催化反应150min后,N掺杂TiO_2样品的光催化性能均好于未掺杂TiO_2样品的,且当在含有1.0M NH_4NO _3的0.07M HF电解液体系中制备的N掺杂TiO_2样品对甲基橙的降解率高达81%。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 纳米TiO_2 的性质及应用研究进展  9-15
    1.2.1 纳米TiO_2 的性质  9-10
    1.2.2 TiO_2 纳米管的制备  10-13
    1.2.3 TiO_2 纳米管的应用研究概述  13-15
  1.3 TiO_2 纳米阵列生长机理  15-16
  1.4 纳米 TiO_2 掺杂改性研究进展  16-18
    1.4.1 过渡金属离子掺杂  16
    1.4.2 阴离子的掺杂  16-17
    1.4.3 稀土元素离子掺杂  17-18
  1.5 本工作的研究内容和意义  18-19
第二章 实验技术与仪器  19-23
  2.1 试剂与仪器  19-20
    2.1.1 试验试剂  19
    2.1.2 实验仪器  19-20
  2.2 TiO_2 纳米管阵列薄膜的制备  20-21
    2.2.1 实验装置  20
    2.2.2 试验过程  20-21
  2.3 样品的表征  21
  2.4 样品的性能测试  21-23
    2.4.1 光电测试  21-23
第三章 高长径比 TiO_2 纳米管阵列的制备与表征  23-29
  3.1 引言  23
  3.2 高长径比 TiO_2 纳米管阵列的制备与表征  23-27
    3.2.1 有机电解液体系中TiO_2 纳米管阵列的制备  23-24
    3.2.2 样品的表征  24-27
  3.3 本章小结  27-29
第四章 高长径比的 TiO_2 纳米管阵列薄膜的光电性能  29-37
  4.1 引言  29
  4.2 染料敏化电池的结构和工作原理  29-31
  4.3 染料敏化太阳能电池的性能参数  31-34
    4.3.1 染料敏化太阳能电池的输出特性  31-34
  4.4 电池性能测试  34
    4.4.1 电解质的配制  34
    4.4.2 N719 染料的配制  34
    4.4.3 性能测试  34
  4.5 高长径比组装的DSSCS 的I-V 特性曲线分析  34-36
  4.6 本章小结  36-37
第五章 TiO_2 纳米管阵列膜的改性  37-49
  5.1 引言  37
  5.2 N 掺杂TiO_2 纳米管的制备、表征及其光催化活性研究  37-48
    5.2.1 N 掺杂TiO_2 纳米管阵列的制备  37-38
    5.2.2 N 掺杂TiO_2 纳米管阵列的表征  38-44
    5.2.3 N 掺杂TiO_2 纳米管阵列薄膜的光催化性能  44-48
  5.3 小结  48-49
结论  49-51
  一、论文总结  49-50
  二、展望  50-51
参考文献  51-59
致谢  59-60
附录 A  60-62
详细摘要  62-71

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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