改性TiO2纳米材料的制备及其光电性能研究-光学工程专业论文.docxVIP

I I 摘 要 摘 要 纳米 TiO2 是一种主要的功能材料，在太阳能储存、光催化降解有机物、光电转换 等方面应用前景广阔。但由于纳米 TiO2 在可见光区活性较差、量子产率较低，限制了 其光电应用。使用非金属离子掺杂纳米 TiO2 可有效改善其光电性质。因此，本论文分 别将二元非金属离子硼氮和硼硫掺杂到纳米 TiO2 中，从材料的合成、光学性质和光电 性质及其应用等角度对其进行研究。 采用控制水解法制备二元非金属离子（B 与 N、B 与 S）共掺杂纳米 TiO2 材料，讨 论了非金属离子的掺杂对样品光学性质、物相、表面结构的影响。XRD 谱图分析显示 B/N 和 B/S 掺杂不会影响 TiO2 晶型；XPS 谱图却表明在 B/N/TiO2 材料中生成的 B-N 键 和 O-Ti-N 键，在 B/S/TiO2 材料中生成的 O-Ti-B-O 键和 O-Ti-S 键，造成 TiO2 晶格缺陷， 有效促进电子空穴对分离，提升 TiO2 光电性能；UV-Vis 谱图显示 B 与 N 和 B 与 S 的掺 杂提高了其对可见光的吸收，改善了 TiO2 光学活性。 通过光催化实验对纳米 B/N/TiO2 和 B/S/TiO2 样品进行光学性质应用研究。实验表 明纯 TiO2 在可见光区对酸性红 3R 染料降解率几乎为 0，B/N/TiO2 和 B/S/TiO2 样品能达 到 96%以上，远远高于纯 TiO2。对样品光催化反应过程中最佳条件进行了探索，分析二 元非金属离子对光催化实验条件的影响，结果表明光催化降解溶液中酸碱度受降解物中 磺酸基个数影响，加热时间与掺入非金属离子种类有关。 在量子点敏化太阳能电池（简写 QDSC）中对 B/N/TiO2 和 B/S/TiO2 样品进行光电 性能研究，探讨了电池中载流子产率和界面电子传输机理。IPCE 测量表明二元非金属 离子掺杂拓宽了对光的吸收范围，增加了光生载流子数量；电化学阻抗谱表明在改性硫 电解液/NiS 对电极界面阻抗很小，有效提高改性硫电解液在 NiS 对电极界面快速再生， 提高电子传输速率。在上述研究的基础上，我们进行了 QDSC 器件的验证实验，其转换 效率提高了 12%和 52%。 关键词 二元非金属离子掺杂 TiO2 光催化 量子点敏化太阳能电池 CdS 量子点 II II Abstract Abstract TiO2, as an major inorganic functional material, has extremely broad application prospects in the solar energy storage, photocatalytic degradation of pollutants, the conversion from optics to electronics, etc.. However, a poor activity in visible light region and low quantum yield of TiO2 have limitted its optoelectonic properties. Using non-metallic ions for doping TiO2 can effectively improve the photoelectric activity. Therefore, in this paper, binary nonmetal ions (boron and nitrogen, boron and sulfur) doped TiO2 will be intensively studied in the way of material sysnthesis, optical properties, photoelectric properties, and its application. Binary non-metal ions (B and N, B and S) codoped nano TiO2 are prepared by controlled hydrolysis, and the influnence from binary non-metal ions on optical properties, phase, surface structure of samples are discussed. XRD spectra show that B/N and B/S doping do not cause change in the crystalline of TiO2. The B-N bond and O-Ti-N bond in nano B/N/