共存牺牲剂对染料敏化TiO2纳米晶体系电子传输的影响.pdfVIP

Vol.35 高等 学校 化 学 学报 No.2 2014年2月 摇 摇 摇 摇 摇 摇 CHEMICALJOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES摇 摇 摇 摇 摇 摇 351~356 doi:10.7503/ cjc 摇 摇 共存牺牲剂对染料敏化 TiO 纳米晶 2 体系电子传输的影响 1 2 1 成荣敏 ,李摇 娜 ,詹从红 (1. 吉林大学化学学院,2. 材料科学与工程学院,长春 130012) 摘要摇 采用卟啉染料敏化TiO 纳米晶在可见光条件下(姿390 nm)进行水分解制氢. 考察了不同牺牲剂——— 2 甲醇(MeOH)、三乙醇胺(TEOA)及其混合物对体系析氢效率的影响. 通过荧光猝灭及光电化学性能分析发 现,激发态染料与TiO 之间的电子转移极大地受到添加的牺牲剂的影响,而体系的pH值对其影响不大. 2 关键词摇 光催化;染料敏化;TiO ;电子转移 2 中图分类号摇 O644摇 摇 摇 摇 文献标志码摇 A 纳米半导体材料是利用太阳能分解水制氢的重要原材料. 但是,大部分半导体材料由于能带较 宽,只能吸收紫外区的光子,而太阳光的大部分能量都存在于可见光及红外区域. 因此,使宽能隙的 半导体能够吸收可见光区的光子显得极为重要. 目前,能够使半导体响应可见光的方法有3 种[1~6] : (1)通过金属或/ 和非金属离子掺杂,减小半导体能带;(2)利用固化处理或新型单相氧化物调整半导 体能带结构;(3) 染料敏化技术. 可见光(400 ~700 nm)条件下染料敏化太阳能电池中的光电转化效 [6] 率可达到12% . 另外,利用染料敏化技术可提高敏化剂的稳定性,从而使析氢反应持续数百小 [7,8] 时 . 除此之外,染料敏化体系最大的优点就是光生电子与空穴能快速分离,从而避免了两者的复 [6,9] 合. 研究发现,染料敏化系统中光生电子空穴参与催化分解水的效率可达到100% . 染料敏化体系 中,电子由激发态染料向半导体的注入效率主要取决于染料分子最低未占轨道(LUMO)与半导体导带 (CB)之间的能隙差[9,10] ,LUMO 电势的降低或CB 电势的升高会降低电子注入效率. 此外,染料分子 在半导体表面的聚集状态、与染料共存的其它物质及溶剂等也会对电子注入效率产生影响. 当体系pH 值升高时,半导体CB 电势会负移从而使得半导体表面解吸附更多的敏化剂,导致电子注入效率的 下降[11~14]. 本文采用卟啉染料敏化TiO 纳米晶在可见光条件下(姿390 nm)进行水分解制氢. 考察了 2 不同牺牲剂———甲醇(MeOH)、三乙醇胺(TEOA)及其混合物对体系析氢效率的影响. 探讨了牺牲剂种 类、牺牲剂与染料复合对阴极反应的影响机制. 1摇 实验部分 1.1摇 试剂与仪器 TiO (P25, 日本Nihhonearogell公司),(n鄄Bu N) 鄄cis鄄[Ru(dcbpy) (SCN) ](N719,瑞士Solaronix 2 4 2 2 2 公司),四羧基苯基卟啉(TCPP)和四磺酸基