论文部分内容阅读
当今全球经济的快速发展,带来了环境污染和能源短缺问题。随着光电化学技术的迅速发展,光催化技术和染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cell,DSSC)以其绿色环保和节能等特点引起了广泛关注。Ti02是光电领域重要的氧化物半导体,其中金红石相(Eg:3.2eV)和锐钛矿相(Eg:3.0eV)具有较高的光活性,在光催化剂和新型太阳能电池领域得到了重要应用。然而Ti02具有较宽的带隙以及较高的电子空穴复合率,使其对太阳能的利用率不足。3DOM(Three-DimensionallyOrdered Macroporous)结构(又称opal结构)具有开放和相互连接的大孔网络,比表面积大、表面空位多,因而广泛应用于光电(化学)领域。TiOx是具有氧空位的一系列亚氧化态化合物,电导率高且在腐蚀性介质中显示化学惰性,其中Ti4O7表现出最高的电导率(1000S/cm),与石墨相当,Ti4O7以其优良的电化学稳定性在光电化学等领域中被广泛关注。SnOx由于具有天然的缺陷,带隙较窄,可以实现对太阳能的转换利用,可应用于光催化、多结光伏电池等领域。本论文首次将多孔的TiOx材料应用于DSSC光阳极和光催化氧化NOx,并首次制备出优异近红外光吸收性能的Ti407/Sn506复合材料,并应用于光催化降解亚甲基蓝溶液。详细开展了以下研究工作:1、通过无乳液聚合法合成出不同粒径的单分散PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)微球,分别使用离心法和恒温水浴法组装出不同粒径的胶晶模板,然后采用溶胶-凝胶法对胶晶模板进行Ti02凝胶前驱物的填充。通过改变前驱物的浸泡次数和煅烧的保温时间制备出TiOx三维有序大孔结构,并使用SEM,XRD进行材料表征。将3DOM-TiOx材料用于DSSC光阳极,使用300nm粒径的胶晶模板、前驱物浸泡次数为2次,保温时间为4h的TiOx-3DOM材料的最高光电转化效率为2.5%。2、通过氢气还原3DOM-TiOx(Ti02相含量接近100%),分别在700、800℃、900℃和1000℃下制备出多孔TiOx,并使用SEM、XRD、N2气吸脱附仪、紫外-可见吸收光谱对材料进行表征。将不同还原温度下的多孔TiOx应用于光催化降解亚甲基蓝(MB)溶液和光催化氧化NOx气体,结果表明,还原温度为700℃的多孔TiOx降解MB 2h和氧化NOx气体15min后分别达到98%的降解效率和55%的氧化效率。3、通过一步水热法制备出Ti4O7/Sn506复合物,通过调整Ti4O7和Sn5O6的摩尔比例制备出系列Ti4O7/Sn506复合物。使用SEM、XRD、TEM、XPS以及紫外-可见吸收光谱对材料进行表征。将该复合材料用于光催化降解MB溶液,当Ti407与Sn506之比为1:0.8时光催化效果最佳,在紫外-可见光照4h后达到97.5%。