水热法制备新型 TiO2薄膜及其机理.pdf

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1、第３９卷第１１期Ｖｏｌ畅３９Ｎｏ畅１１２０１４年１１月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１４水热法制备新型TiO薄膜及其机理2１１１１２１张乘凯，庄稼，秦海洋，董林，蒋争涛，邹剑（１．西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都６１０５００；２．成都航发特种车有限公司，四川成都６１０５００）摘要：用酞酸丁酯和盐酸通过两步水热法制备了一种新型双层ＴｉＯ２薄膜。其水热过程包括生长过程和刻蚀过程。在生长过程制备了一种上层为纳米棒团簇，下层为纳米棒阵列的双层结构。在随后的刻蚀过程中，上层的纳米棒团簇转变为纳米管团簇，下层的纳米棒阵列转变为直径在２０～２５ｎｍ的纳

2、米线阵列。刻蚀过程上下两层出现不同形貌的主要原因为金红石相ＴｉＯ２的各向异性以及纳米棒外壁和内部的不同界面能。新型薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极时能量转换效率高。关键词：新型ＴｉＯ２双层结构；水热法；刻蚀；光阳极；染料敏化太阳能电池中图分类号：TM914．4＋2文献标志码：A文章编号：0254-6051（2014）11-0048-04HydrothermalsynthesisofanovelbilayerTiO2filmanditsmechanism１１１１２１ＺｈａｎｇＣｈｅｎｇｋａｉ，ＺｈｕａｎｇＪｉａ，ＱｉｎＨａｉｙａｎｇ，ＤｏｎｇＬｉｎ，ＪｉａｎｇＺｈｅｎｇｔａｏ，

3、ＺｏｕＪｉａｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１０５００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｅｎｇｄｕＨａｎｇｆａＳｐｅｃｉａｌＶｅｈｉｃｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈｅｎｇｄｕＳｉｃｈｕａｎ６１０５００，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＡｎｏｖｅｌｂｉｌａｙｅｒＴｉＯ２ｆｉｌｍｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｖｉａｔｗｏｓｔｅｐｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｏｎｅｓｔｅｐｗａｓｇｒｏｗｔｈｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｗａｓｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．

4、Ａｂｉｌａｙｅｒｆｉｌｍｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｎａｎｏｒｏｄａｒｒａｙｓａｔｂｏｔｔｏｍｌａｙｅｒａｎｄｎａｎｏｒｏｄｃｌｕｓｔｅｒｓａｔｔｏｐｌａｙｅｒｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｆｉｒｓｔｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｕｓｅｄｔｏａｃｑｕｉｒｅｎａｎｏｔｕｂｅａｒｒａｙｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ２０-２５ｎｍａｎｄｎａｎｏｔｕｂｅｃｌｕｓｔｅｒｓ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｔｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｃｈａｎｇｅｓｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｔｔｏｐｌａｙｅｒａｎｄｂｏｔｔｏｍｌａｙ

5、ｅｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｄｕｅｔｏｔｗｏｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓ．ＯｎｅｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍｔｈｅａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｒｕｔｉｌｅＴｉＯ２，ａｎｄａｎｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｅｎｅｒｇｙｂｅｔｗｅｅｎｉｎｎｅｒａｎｄｏｕｔｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｎａｎｏｒｏｄ．Ｔｈｅｎｏｖｅｌｂｉｌａｙｅｒｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｈｏｔｏａｎｏｄｅｓｆｏｒｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Keywords：ｎｏｖｅｌｂｉｌａｙｅｒＴｉＯ２ｆｉｌｍ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｍ

6、ｅｔｈｏｄ；ｅｔｃｈ；ｐｈｏｔｏａｎｏｄｅｓ；ｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ（ＤＳＳＣｓ）［１］随着近２０年来制备技术和光电池领域的快最终能量转换效率。速发展，染料敏化太阳能电池以其较高的效率，较低的成本和良好的稳定性而被广泛应用于多种光电转１试验材料及方法［２-４］换器件。与其他材料相比，钛系化合物是一种较1．1试验药品、仪器［５］［６-８］理想的阳极材料，其中ＴｉＯ２具有更好的稳定性酞酸丁酯、无水乙醇、盐酸、丙酮（均为分析纯），和染料匹配性（特别是Ｎ７１９染料）。通过改变ＴｉＯ２ＤＨＳ-Ｎ７１９染料、ＤＨＳ-Ｅ２３电解质、导电玻璃（１５Ω）、薄膜的形貌来提高

7、染料吸附能力以及减少载流子复Ｐｔ对电极８ｍｍ×８ｍｍ（预留１ｍｍ孔），ＷＧＬ-２３０Ｂ型合是提高染料敏化太阳能电池效率的一种有效途电热鼓风干燥箱。［９-１１］径。在多种不同形貌的ＴｉＯ２薄膜中，一维结构薄膜的表面形貌采用ＪＳＭ-７５００Ｆ型扫描电镜测定；能够为光生电子提供有效的传输路径并且减少晶界薄膜的物相采用ＤＸ-１００型Ｘ衍射仪测定，Ｃｕ靶，Ｋα射间的电荷损耗。然而，传统的一维纳米棒阵列由于线，管电压４０ｋＶ，管电流２５ｍＡ，扫描速度３．６°／ｍｉｎ；其较低的比表面积和光捕获能力使得其光