本文選題：TiO_2納米晶　切入點：能量轉(zhuǎn)化　出處：《吉林大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：TiO_2具有無味、無毒、揮發(fā)性差、熱穩(wěn)定性好、介電常數(shù)高、鈦源廣泛、制備方法多樣、簡單易行、應(yīng)用面廣等諸多優(yōu)點,常被用作光催化劑,本論文旨在利用TiO_2自身的優(yōu)良性質(zhì)將其應(yīng)用在聚合物/納米晶雜化太陽能電池及光催化產(chǎn)氫領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化。具體來講,本論文的工作歸納為如下兩個方面。第一部分的工作是:將高性能的TiO_2作為聚合物/納米晶雜化太陽電池的陰極界面修飾層,在雜化太陽能電池的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化。TiO_2本身具有電子遷移率高,透光性好,能有效的阻擋空穴的優(yōu)點,因此常被用作陰極界面修飾層。以往傳統(tǒng)作為陰極界面修飾層的TiO_2納米晶都是利用Sol-gel法制備的,該方法制備的TiO_2結(jié)晶性差,所以造成導(dǎo)電性差,同時還對濕度敏感,在高濕度條件下不能使用,所以針對以上的缺點利用我們所制備出來的小尺寸的TiO_2納米晶做為陰極界面修飾層,由于其表面具有大量羥基,成膜后具有超親水性,退火后結(jié)晶性好,所以該器件導(dǎo)電性較之前明顯提高,并且抗?jié)裥阅芤泊蟠筇嵘?通過優(yōu)化器件得到了5.53%的電池效率,這也是目前所報道的水相操作的聚合物/納米晶雜化太陽能電池的最高效率。第二部分的工作是:將高性能的TiO_2作為光催化劑分解水產(chǎn)氫,在光催化產(chǎn)氫領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化。由于TiO_2自身的優(yōu)良性質(zhì)常被用作光催化劑,但其禁帶寬度較寬(3.2 eV),因此對可見光利用較少,TiO_2吸收能量后產(chǎn)生光生電子和空穴,電子和空穴還會很快復(fù)合導(dǎo)致降低光催化效率和產(chǎn)氫效果,基于以上兩種原因,為提高材料對太陽能的利用率和產(chǎn)氫效率,常將TiO_2進行改性提高,例如:加入給電子體(EDTA、甲醇、乙醇、乳酸、CN-和甲醛)、加入碳酸鹽、負載貴金屬、摻雜離子、與其它材料復(fù)合等方法,本章是利用TiO_2分別與氧化石墨烯(GO)和將其還原后得到的石墨烯(G)進行復(fù)合,得到TiO_2/GO、TiO_2/G兩類復(fù)合材料進行光催產(chǎn)氫性能研究,并對氧化石墨烯和石墨烯進行了產(chǎn)氫對比,并且調(diào)節(jié)了石墨烯的質(zhì)量分數(shù),其中是利用還原的石墨烯并且其占TiO_2質(zhì)量的1%時產(chǎn)氫效果最佳。綜上所述,我們通過利用自身性質(zhì)優(yōu)良的TiO_2納米晶,一方面將其應(yīng)用在水相操作的聚合物/納米晶雜化太陽能電池中作為陰極界面修飾層,提高器件導(dǎo)電效率及抗?jié)裥阅?優(yōu)化器件效率,另一方面將其與導(dǎo)電性良好的石墨烯復(fù)合制得復(fù)合光產(chǎn)氫催化劑,實現(xiàn)對太陽能的利用和轉(zhuǎn)化,對未來能源和可持續(xù)發(fā)展貢獻綿薄之力。
[Abstract]:TiO_2 has many advantages, such as tasteless, non-toxic, poor volatility, good thermal stability, high dielectric constant, wide titanium source, various preparation methods, simple and easy to be used, and so on, so it is often used as photocatalyst. The purpose of this thesis is to make use of the excellent properties of TiO_2 to realize the conversion of solar energy in polymer / nanocrystalline hybrid solar cells and photocatalytic hydrogen production. The work of this thesis is summarized as follows. The first part is to use high-performance TiO_2 as the cathode interface modification layer of polymer / nanocrystalline hybrid solar cells. In the field of hybrid solar cells, the conversion of solar energy. TiOs _ 2 has the advantages of high electron mobility, good light transmittance and effective hole-blocking. In the past, TiO_2 nanocrystals, which were used as cathode interfacial modification layers, were prepared by Sol-gel method. The TiO_2 prepared by this method has poor crystallinity, which results in poor conductivity and humidity sensitivity. It can't be used in high humidity condition, so we use the small size TiO_2 nanocrystalline prepared by us as cathode interface modification layer, because of its surface has a large amount of hydroxyl, the film has super hydrophilicity. After annealing, the electrical conductivity of the device is improved obviously, and the humidity resistance is greatly improved. By optimizing the device, the battery efficiency of 5.53% is obtained. This is also reported as the highest efficiency of aqueous polymer / nanocrystalline hybrid solar cells. The second part of the work is to use high-performance TiO_2 as photocatalyst to decompose aquatic hydrogen. The conversion of solar energy in the field of photocatalytic hydrogen production is realized. Because TiO_2 itself is often used as photocatalyst, but its band gap is wider than 3.2eV ~ (-1), the visible light can be used less energy to absorb energy and generate photogenerated electrons and holes. Electrons and holes can also quickly compound to reduce photocatalytic efficiency and hydrogen production efficiency. For these two reasons, TiO_2 is often modified to improve the utilization of solar energy and hydrogen production efficiency of materials. Ethanol, lactic acid CN- and formaldehyde, carbonate, loaded precious metals, doped ions, and other materials are added. In this chapter, TiO_2 is used to combine with graphene oxide (GOO) and graphene oxide (GG), respectively. Two kinds of composites, TiO-2 / Goo / TiOG, were obtained for the study of photocatalytic hydrogen production, and the hydrogen production between graphene oxide and graphene was compared, and the mass fraction of graphene was adjusted. One of them is to use the reduced graphene, which accounts for 1% of the mass of TiO_2, to produce hydrogen. In summary, we use the TiO_2 nanocrystals, which have good properties, On the one hand, it is applied to polymer / nanocrystalline hybrid solar cells in aqueous phase as cathode interface modification layer to improve the conductivity and moisture resistance of the device, and optimize the device efficiency. On the other hand, the composite photocatalyst for hydrogen production is prepared by combining it with graphene, which has good conductivity, which can realize the utilization and conversion of solar energy and contribute a little to the future energy and sustainable development.
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM914.4

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