负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究

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1、负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展164.4防雾自清洁因为在光照的条件二氧化钛薄膜具有超亲水性，所以二氧化钛薄膜具有防雾功能。若在后视镜上涂上一层二氧化钛薄膜，即使空气中的水分或水蒸气凝结，在后视镜上也不可能凝结成一滴水，但水膜会均匀分布在表面，表面并不会产生导致散光散射的雾。当过雨时，雨会附着在薄膜上均匀迅速扩散，不形成分散的水滴影响视线，使镜面保持原来的亮度提高交通安全。由于纳米二氧化钛的超亲水性，其表面很难形成液滴，可见二氧化钛在可见光照射下可氧化降解碳氢化合物。这种技术效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖

2、的表面上应用，在它们的表面涂覆一层纳米二氧化钛薄膜，二氧化钛光催化的使用可以吸附在表面的有机污染物分解为二氧化碳和水，而雨水可以冲刷掉其余的无机材料，为了实现自洁功能。日本东京大学的研究人员已经成功制备出一种自清洁瓷砖。在这款新型瓷砖上应用了稀土技术，以特殊工艺将TiO2喷涂在该瓷砖表面，由于二氧化钛同时具有亲水性和厌油性，所以它对水的物理化学吸附力要远大于油，可以非常容易地清除附于其上的油污，不用使用去污剂，也不需要擦洗，只要用水冲洗一下就可以冲走有无。在紫外线照射下TiO2还会发生光化学反应，生成一种“活

3、性氧”，这种活性氧有分解有机物的功效，利用它的这种功可以短时间内将瓷砖表面的污物清理干净，杀死细菌。该材料不仅仅应用于瓷砖也可以当作涂料来使用，对处理一些难以擦除的污点特别有效。如果在建筑物的墙上涂覆该涂料，将很难产生污点，即使产生污点，一场大雨就可以将污点清除。4.5染料敏化太阳能电池太阳能是一种可以再生的清洁能源，并且可以被人类广泛使用，因此要合理有效的利用太阳能，而太阳能发电则是利用太阳能的主要形式之一。半导体太阳能电池是一种可以把太阳能直接转换为电能的器件，而且该器件具有效率高、使用寿命长、重量轻、性

4、能稳定可靠、使用方便等优点，具有很高的应用效果。其中的典型代表有基于纳米二氧化钛半导体电极材料的染料/量子点敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池的探究可以追溯到第十九世纪初的照相术。1837、达盖尔制造了世界上第一张照片。两年后，Fox负载二氧化钛复合材料的制备及性能研究进展16Talbot用卤化银制作相片，但由于卤化银晶体的禁带宽度较大，对长波长可见光没有反应，所以照片的质量并没有多少提高。1883年德国光电化学专家Vogel发现有机染料在卤化银乳剂对较长的波长敏感，这是最早的报道影响染料敏化。有机染料分子扩

5、大了使用的银金感光胶片，使其可见光响应红光和红外波段，这使得“全色”光谱的黑白胶片和现在的彩色胶片成为可能。1887年Moser将染料敏化效应应用于卤化银电极，将染料敏化的概念从摄影领域延伸到光电化学的领域。1964、Namba和Hishiki发现同一染料无论是对照相术还是对光电化学都是非常有效的。在染料敏化领域这是一个重要的事件，但在这个时候不能确定它的机制，即难以确定到底是是通过电子转移或通过能量转移来实现敏化到底的。直到上世纪六十年代，德国Tributsch发现染料吸附在半导体上得时候在一定条件下会产生

6、电流，使人们意识到在基态跃迁到激发态后，注入半导体光电子转移导带电子从染料光制成的根这一现象的原因。这一发现为光电化学电池的研究奠定了基础。但因为当时的光电化学电池采用密集的半导体薄膜、染料在膜表面的单分子层吸附，和单一染料只能吸收很少的阳光，多层染料和阻碍电子转移，使光电转换效率很低，达不到应用水平。后来它是由分散的粒子或大的表面积的电极，以增加吸附量的染料，但并没有取得很好的效果。1988年Gratzel小组钌染料敏化的表面粗糙度的因素的基础上，对粗糙因子为200的多晶氧化物TiO2薄膜，用Br2/Br电

7、化学氧化制造出了太阳能电池，对单色光有12%的转换效率，这在当时是最好的结果。1991年O'Regan等人[75]使用纳米多孔TiO2薄膜为光阳极，在可见光的表面吸附层具有较强的可将吸收能力、能级水平和TiO2匹配的染料，TiO2染料分子吸收可见光导致染料敏化，TiO2染料太阳光的吸收和光诱导电荷转移到TiO2导带，可以实现有效的电荷分离，已发展到如过渡金属Ru配合物染料的纳米晶膜TiO2太阳能电池，光电转换效率达到7.9%～7.1，光电流密度高达12。由于成本低，制备工艺简单，性能稳定，而且无毒，这种太阳能

8、电池已引起各国研究人员的广泛关注。染料光敏化TiO2的制备一般涉及三个基本过程:1)将相匹配的染料吸附在纳米多孔二氧化钛表面;2)吸附态染料分子光照下被光子激发;3)激发态的染料分子反应产生电子并注入到半导体的导带上。由上述条件可知，要获得有效的敏化至少要满足：染料要能吸附在TiO2表而上以及所用染料激发态的电位与半导体导带的电位相匹配。染料敏化太阳能电池的工作原理如图4所示。(1)在太阳光照射条件