sno_2和zno基光阳极结构的优化及其在光电化学器件中的应用

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1、分类号：密级：研究生学位论文SnO2和ZnO基光阳极结构的优化及其在光电论文题目（中文）化学器件中的应用OptimizationofSnO2andZnObased论文题目（外文）photoanodesforphotoelectrochemicaldevices研究生姓名陈露露学科、专业物理学·凝聚态物理研究方向纳米材料、光电化学器件学位级别博士导师姓名、职称谢二庆教授论文工作起止年月2011年9月至2016年4月论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月学位授予日期校址：甘肃省兰州市原创性声明本人郑重

2、声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或

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4、长和环境污染问题的日益严峻，寻找新的、可再生的清洁替代能源迫在眉睫，其中太阳能越来越受到人们的重视。光电化学电池是一种可实现太阳能向电能转换的光电化学器件，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）。传统DSSCs的光阳极是由三维多孔TiO2纳米颗粒薄膜构成，其具有大的比表面可以有效提高敏化剂的吸附量，但在光生电子传输和载流子复合上的不足，使得TiO2纳米晶电极的载流子收集效率较低。为了提高电池性能，在保证电极比表面积的前提下，需要尽可能地提高光生载流子的收集效率。针对这一问题，本论文从提高载流子传输角度考虑，选择高载

5、流子迁移率的SnO2和ZnO半导体作为光阳极的主要构成材料，研究了从纳米球到无序纳米管再到有序纳米线阵列光阳极结构的电池性能；并从抑制复合出发对各电极结构进行了优化研究。具体研究内容如下：1、为解决空心纳米球电极中的电子传输问题，在100°C无表面活性剂的条件下制备了相互之间具有较好连接的SnO2空心纳米球（SnO2HNS）。由于在载流子传输方面的优势，SnO2HNS电极获得了1.51%的能量转换效率。为了进一步优化器件性能，我们制备了具有较高载流子传输速率、较低界面电子复合速率和良好光吸收性能的SnO2HNS

6、-TiO2核壳结构光阳极。SnO2HNS-TiO2电极获得的能量转换效率高达6.54%，是SnO2HNS电极能量转换效率的3.3倍，较商业SnO2纳米颗粒-TiO2异质结电极的能量转换效率提高了53.9%，更重要的是，这种核壳结构的光阳极比传统的P25电极的能量转换效率提高了21.5%。2、以碳纳米纤维为模板通过低温均匀沉淀法制备了由SnO2纳米片组成的次级管状结构(SnO2-HT)。由于纳米片接触紧密，所制备的SnO2-HT经过超声分散滴涂干燥成膜后，仍保持较高的长径比，而且管与管之间具有较好连接，能有效减少

7、电子在转移过程中所受到的扩散阻碍，有利于电子传输。SnO2-HT电极的能量转换效率达到1.86%。进一步通过TiCl3溶液处理对SnO2-HT电极进行优化，制备了SnO2@TiO2-HT核壳结构光阳极。SnO2@TiO2-HT基电极的能量转换效率是SnO2-HT基DSSCs能量转换效率的1.67倍。另一方面，SnO2@TiO2-HT基IDSSCs较用TiCl4溶液处理SnO2-HT得到的SnO2-TiCl4核壳结构的电池效率提高了13.5%。这一结果表明对于管状结构，SnO2@TiO2-HT核壳结构光阳极具有更

8、长的电子寿命，能更有效得抑制复合损失。3、通过氨水辅助水热法在FTO基底上制备了多孔ZnO纳米线阵列（NW），长度达到23μm。多孔ZnONW基电极的能量转换效率达到了0.71%，较没有孔结构的ZnO纳米线阵列有大幅提高。为了优化多孔ZnONW基电池性能，用滴涂干燥的方法在ZnONW上包覆了锐钛矿相的TiO2。当TiO2的包覆次数为4次时，电池能量转换效率达到3.06%，较未包覆前提高