硼和硼氮共掺杂二氧化钛的光电性质研究.pdf

Classified Index: TK121 : Dissertation for the Master Degree in Science RESEARCH ON PHOTOELECTRONIC PROPERTIES OFB-DOPED AND N, B-CODOPED TiO 2 Candidate: Li Liang Supervisor: Yulin Academic Degree Applied for: Master ofScience Speciality: anic Chemistry Affiliation: School ofScience Date ofDefence: June, 2011 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute ofTechnology 哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-I- 摘要能源问题与环境问题是目前以至未来较长一段时间影响人类社会发展的重要问题。发展新能源与治理环境已经成为人们迫切需要解决的重大课题,而太阳能光化学成为了解决能源与环境问题的最有前景的解决途径之一。本课题以二氧化钛的改性为出发点,通过钛酸四丁酯直接水解与水热处理两步反应法制备出硼掺杂纳米二氧化钛粉体。发现硼掺杂的引入形成Ti-O-B结构,有利于改善粉体光电性能,并且,随着掺杂含量的增加,粉体的光电性能有所提升。通过XRD、 SEM/TEM、XPS、FT-IR以及UV-vis对全系列硼掺杂二氧化钛粉体进行表征与测试。并将硼掺杂二氧化钛粉体组装成染料敏化太阳能电池,优化了光阳极的涂膜厚度。实验结果表明,硼元素掺杂以Ti-O-B键和B-O-B键形式存在,随着掺杂含量的增加,电池的短路光电流增大,开路光电压减小;%的转换效率,硼掺杂二氧化钛组装的电池效率普遍提高,%。与此同时采用罗丹明B(RhB)降解反应作为探针反应,测试了硼掺杂二氧化钛粉体的光催化性能,发现硼掺杂可以增强二氧化钛粉体的光催化活性, 光催化速率最高达到了空白二氧化钛粉体的2倍。本实验结合文献确认了通过氮掺杂可以窄化二氧化钛粉体带隙宽度,拓展吸收频段(产生可见光吸收带)。且硼元素与氮元素有较好的配伍性,不会产生互相抑制的效果。因此采用实验室自行设计的气相强制掺氮反应仪器对硼掺杂二氧化钛粉体进行气相强制掺氮,制备了硼氮共掺杂二氧化钛粉体。通过多种表征手段表征了硼氮共掺杂粉体的形貌、相组成、吸收光谱以及掺杂含量与状态等。实验结果表明随着反应温度的降低,反应压强(氨气分压)增大,反应时间增长,掺氮含量增加;反之,掺氮含量减小。随着Ti-O-B键形式存在的硼元素含量的增多, 掺氮量增加,硼氮共掺杂二氧化钛粉体组装的DSSC电池的光电性能大幅增加, %以上,%。关键词:二氧化钛;染料敏化太阳能电池;光催化;硼掺杂;硼氮共掺杂哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-II- Abstract Energy and environment are significant problems that will influence social development both present and in the future, thus it is urgent to develop new energy and manage environment problems. Actually, photochemical is the one ofthe most promising way to deal with the energy and environment this experiment, B-doped TiO 2was synthesized by a direct hydrolyzation ofn-tetrabutyl titanate, and was treated by hydro-thermal experiment also explores that B-doping can introduce Ti-O-B bond into TiO 2and improve the optical properties ofthe powders. The B-doped TiO 2was characterized by XRD, SEM/TEM, XPS, FT-IR and UV-vis