TiO2納米管的性能改進(jìn)及其在染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用.pdf

1、TiO2納米管作為一種新型的納米材料，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。本文對(duì)TiO2納米管陣列薄膜的常用制備方法--陽(yáng)極氧化法進(jìn)行了研究并改良，制備出性能更優(yōu)越的TiO2納米管陣列薄膜，并對(duì)其在染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　 電解液溫度對(duì)陽(yáng)極氧化有著至關(guān)重要的影響。我們系統(tǒng)的研究了電解液溫度對(duì)TiO2納米管陣列形貌特性(包括管徑、壁厚、管長(zhǎng)和表面規(guī)整性等)的影響。在溫度較高時(shí)，使用適合的電解液，可以得到較高的生長(zhǎng)速率。我們還發(fā)現(xiàn)

2、，平均管徑及管壁厚度也與陽(yáng)極氧化溫度有關(guān)。在兩步陽(yáng)極氧化之間加入熱處理的步驟，可以避免納米管表面倒伏，得到大管徑、薄管壁的納米管陣列。此外，納米管的生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系滿足高場(chǎng)模式理論。總之，我們可以方便地通過(guò)對(duì)溫度的控制，制備結(jié)構(gòu)規(guī)整并且高多孔率的TiO2納米管陣列。
　　 在以上研究的基礎(chǔ)上，我們利用溫度被調(diào)控的陽(yáng)極氧化法成功合成了U型TiO2納米管陣列薄膜，這種TiO2納米管的管徑大小從頂端到底部都保持均勻不變。該方法的提出是

3、基于納米管內(nèi)徑隨著電解液溫度的升高而增大的特性。我們?cè)陉?yáng)極氧化過(guò)程中利用電解液溫度逐漸上升的辦法，對(duì)普通的V型納米管做出改良，制備出了U型納米管陣列薄膜。這種方法操作簡(jiǎn)便，制備出的改良的TiO2納米管具有更大的比表面積，可能在應(yīng)用中顯示出更優(yōu)良的性能。
　　 我們還研究出了一種簡(jiǎn)單易行的新方法--“自剝離法”，用于制備無(wú)襯底、兩端開(kāi)孔的TiO2納米管陣列薄膜。該方法比現(xiàn)存的其他方法更易操作，實(shí)驗(yàn)步驟也更加簡(jiǎn)單易行。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需

4、要任何額外的腐蝕方法，TiO2薄膜層經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟的陽(yáng)極氧化后會(huì)自動(dòng)從基底上剝離下來(lái)。該方法主要利用了實(shí)驗(yàn)中生成的上下兩層薄膜之間的機(jī)械穩(wěn)定性和被腐蝕速度不同的特點(diǎn)。用該方法制備的無(wú)襯底TiO2薄膜，不僅所有納米管兩端都開(kāi)孔，而且具有平整的表面結(jié)構(gòu)。利用此方法可以制備不同厚度的TiO2薄膜，而且薄膜的厚度易于控制。我們?cè)谘芯恐羞€發(fā)現(xiàn)，無(wú)襯底薄膜熱處理后具有更好的結(jié)晶狀態(tài)。無(wú)襯底薄膜制備方法的研究，是薄膜進(jìn)一步應(yīng)用的基礎(chǔ)，是非常重要和關(guān)鍵的