介孔TiO2光电_光催化特性研究.pdf

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1、硕士学位论文介孔TiO2光电/光催化特性研究RESEARCHONPHOTOELECTRICANDPHOTOCATALYTICPERFORMANCESOFMESOPOROUSTiO2刘子玉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK513学校代码：10213UDC：535.3密级：公开工学硕士学位论文介孔TiO2光电/光催化特性研究硕士研究生：刘子玉导师：何玉荣教授申请学位：工学硕士学科：热能工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK513UDC:536.4DissertationfortheMasterDegre

2、einEngineeringRESEARCHONPHOTOELECTRICANDPHOTOCATALYTICPERFORMANCESOFMESOPOROUSTiO2Candidate：LiuZiyuSupervisor：Prof.HeYurongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ThermalEnergyEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：

3、HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要太阳能作为一种可再生的能源，具有清洁无污染、储量巨大等优点，使得其在能源结构中的占比会越来越大，最有可能成为化石能源的替代品。太阳能利用技术研究大致分为三类：一太阳能热利用技术，二是太阳能光伏发电技术，三是以半导体为催化剂进行光催化。作为稳定性好且化学活性高的半导体材料，TiO2被广泛应用于光电转化和光催化降解领域。染料敏化电池（DyeSensitizedSolarCell，DSSC）因成本低、转化效率高而受到广泛关注。TiO2作为DSSC光阳极的材料，直接影响到染料的吸附、光的吸收及电子传输，进而影响光电

4、效率。对于光催化降解有机物，TiO2作为催化剂直接影响染料的吸附量和吸附速率，进而影响对有机物的降解。本文首先制备具有不同结构的DSSC光阳极材料：多孔结构的TiO2微球、中空结构的卵黄结构TiO2、大长径比的纺锤形TiO2，随后利用以上颗粒通过刮涂法制备了DSSC光阳极，并进一步完成DSSC的组装。测试了不同颗粒DSSC基本性能，间接验证了不同结构TiO2的特殊性质。随后测试了DSSC伏安特性，实验结果表明利用介孔TiO2微球制备DSSC的光电转换效率最高。接下来，利用介孔TiO2微球组装的DSSC进一步探究了不同因素对DSSC光电转换效率的影响。结果指出：效率随着光阳极薄膜的厚度增大表现出

5、先增后减的趋势；比表面积增大导致染料吸附量增加进而带来效率的提提升；温度的升高在促进电子激发的同时导致各部分电阻增大，因而首先引起效率的提升，到达峰值后开始下降。另一方面，本文利用光电转换表现最佳的介孔TiO2微球开展了光降解实验研究。首先对比了介孔TiO2微球与商用P25颗粒对甲基橙、亚甲基蓝和罗丹明B的降解性能，发现介孔TiO2微球在降解罗丹明B方面表现出极大优势。随后探究了不同因素对对降解速率的影响，结果表明：反应体系温度的升高一方面促进反应的进行，但同时会降低吸附速率，降解速率因此呈现先降后升的趋势；随着催化剂浓度的提高，染料的吸附量首先增加，随后达到饱和值，因而效率首先增加后逐渐稳定

6、；煅烧后的介孔TiO2颗粒晶粒变大，分散于溶液中pH增加，二者均不利于染料的吸附和降解反应的进行，导致降解速率随煅烧温度升高而下降。关键词：太阳能利用，介孔TiO2，染料敏化电池，光催化降解I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsarenewableenergysource,solarenergyhastheadvantagesofpollution-freeandhugereserves,makingitmostlikelytobecomeasubstituteforfossilenergy,andwillaccountforalargerproportionintheenerg

7、ystructure.Researchonsolarenergyutilizationtechnologycanbebroadlyclassifiedintothreecategories:thefirstissolarthermalenergyutilizationtechnology;thesecondissolarphotovoltaicpowergenerationthatconverts