CN101567271A - 纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜电极的制备方法 - Google Patents

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张贇
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吴明明
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张建成
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Abstract

本发明通过Fe离子的掺入来提供一种光吸收范围大，电子传输性能更好的纳米晶介孔TiO2厚膜材料的制备方法，它包括：Fe掺杂介孔TiO2溶胶制备，用丝网印刷技法制介孔TiO2厚膜，经高温退火，焙烧晶化，制成纳米晶介孔TiO2厚膜材料。该发明中Fe离子的掺入显著提高了纳米晶介孔TiO2厚膜的光吸收范围大，并在低温情况下提高了的结晶性能同时保护了材料的介孔结构，提高其电子传输性能，该厚膜具有高度有序介孔结构，用介孔TiO2厚膜材料制备的介孔TiO2厚膜电极光电太阳能电池的光敏化电极，能提高太阳能的电池转化效率。

Description

纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种介孔半导体厚膜电极的制备方法，特别是涉及一种利用掺杂过渡金属元素Fe的介孔二氧化钛厚膜电极的制备方法。属于介孔半导体厚膜电极制备工艺技术领域。
背景技术：
TiO2材料以其无毒、催化活性高、稳定性好以及抗氧化能力强等优点备受青睐，并期望其在环境污染治理、生物医药、太阳能利用等领域得到广泛应用。近年来，对TiO2材料，尤其是介孔TiO2膜材料的研究备受关注。吸附在纳米晶TiO2电极上的染料吸收可见光后，电子从激发态的染料分子注入TiO2的导带，电子在氧化铟锡导电玻璃的基底电极上被收集，被氧化的染料被电解液中的氧化还原对还原再生。基于这个原理可制得染料敏化太阳能电池(DSSC)，其转化效率可高达10％。
为了提高染料敏化太阳能电池(DSSC)的效率，需要注意纳米晶TiO2电极在三个方面的性能改善：(1)具有大比表面积的多孔表面；(2)较宽的光谱吸收带；(3)良好的电子传输能力。介孔材料有较大的比表面积，因此能吸咐更多的染料，有助提高电池转换效率，是理想DSSC阳材料。而在TiO2材料中掺入铁离子，一方面氧化铁相对二氧化钛禁带宽度较小，可吸收波长较长的光，扩大了材料的光吸收范围；一方面铁掺杂可在低温情况下提高材料结晶性能，改善膜的电子传输能力。这些结构和性能上改善将使TiO2材料有更好应用前景。
发明内容
本发明的目的在于通过Fe离子的掺入来提供一种光吸收范围大，电子传输性能更好的纳米晶介孔TiO2厚膜电极的制备方法。
本发明一种纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜电极的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
A、Fe掺杂介孔TiO2溶胶的制备：以钛酸正丁酯和氯化铁作为钛和铁的前驱物为原料，钛与铁的摩尔质量比为1∶0.05-1∶0.10；以三嵌段共聚物P123为模板剂；首先将一定量的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇溶液中，在磁力搅拌下，将其完全溶解，接着在上述乙醇溶液中添加少量盐酸和乙酷丙酮，以调节钛前驱物的水解速率；然后再向无水乙醇中加入一定量的钛酸四正丁酯和氯化铁，进行磁力搅拌16小时，原料经共溶搅拌后得到介孔掺铁TiO2(Fe-TiO2)溶胶，在室温下静置24小时后，待用；
B、衬底的准备：采用氧化铟锡导电玻璃为衬底材料，在一定大小的玻璃衬底材料的中间先腐蚀出一条沟道，以形成两个共平面电极；然后用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗1-2次，然后烘干待用；
C、Fe掺杂介孔TiO2厚膜的制备：采用丝网印刷法；先在上述制备的Fe-TiO2溶胶中加入5～8％(wt)乙基纤维素，以增加Fe-TiO2胶体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇，来增加厚膜的表面吸附性，松油醇的加入量为溶胶质量的5-10％；然后磁力搅拌18～24h，以制得丝网印刷所需的浆料，把制得的所述Fe-TiO2浆料通过200目的尼龙丝网在ITO玻璃上印刷一层介孔Fe-TiO2厚膜。然后将厚膜置放于温度为35～45℃的烘箱中，陈化45～48h，再以1℃/min的升温速率升温至晶化温度340～350℃，保温3.5～6h，即得到纳米晶介孔Fe-TiO2厚膜电极.
上述的三嵌段共聚物P123即为环氧丙烷环氧乙烷共聚物(PEO20PPO70PEO20，商品名P123)。
本发明方法的特点是：利用掺杂过渡金属元素Fe，使能在低温情况下提高TiO2的结晶性能并保护介孔结构；本发明方法结合了溶胶凝胶法和丝网印刷技术制备具有大比表面积，光吸收范围大，电子传输性能良好的纳米晶介孔TiO2厚膜电极。本发明方法制得的介孔TiO2厚膜电极能提高染料敏化太阳能电池的转化效率。
同现有的技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明中掺杂Fe的介孔TiO2厚膜可扩大厚膜的光吸收范围；
2、本发明中掺杂Fe的介孔TiO2厚膜在345℃烧结后具有高度有序的介孔结构；
3、采用本发明制备方法制得的Fe掺杂纳米晶介孔TiO2厚膜材料适合于光电太阳能电池的光敏化电极的要求，可用作介孔TiO2厚膜电极组装的光敏化太阳能电池上，能降低加工成本，显著提高转化效率。
附图说明：
图1为本发明实施例1制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的小角XRD衍射图；
图2为本发明实施例1制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的Raman图谱；
图3为本发明实施例1制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的透射电子显微镜(TEM)图；
图4为本发明实施例1制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的广角XRD图；
图5为本发明实施例1制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的紫外-可见吸收光谱；
图6为本发明实施例2制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的小角XRD图谱；
图7为本发明实施例2制得的纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的紫外-可见吸收光谱.
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1：本发明的实施例的具体工艺步骤如下：
(1)、介孔TiO2溶胶的制备：以三嵌段共聚物(P123)为模板剂，以钛酸正丁酯(TBOT)和氯化铁(FeCl3)为无机前驱体原料，以乙酰丙酮(AcAc)用来控制钛酸正丁酯(TBOT)的水解速率，来制得介孔TiO2溶胶，首先，将2.1g三嵌段共聚物(P123)溶于25ml无水乙醇溶液中，在磁力搅拌下，待三嵌段共聚物P123完全溶解；接着在上述无水乙醇溶液中添加0.3ml1M盐酸HCl和1ml乙酰丙酮(AcAc)，并快速磁力搅拌3小时；然后，再向无水乙醇溶液中加入4.8ml钛酸正丁酯(TBOT)和0.2g氯化铁(FeCl3)，即Ti∶Fe＝1∶0.1(摩尔比)，先中速磁力搅拌0.5小时；最后，在混合溶液中添加8ml蒸馏水，低速磁力搅拌16小时；随后将介孔TiO2溶胶从磁力搅拌机上取下，在室温下静置24小时后等待制膜；
(2)、衬底的制备：将面积为2×1.5cm的氧化铟锡导电玻璃中间腐蚀出一条沟道，形成两个共平面电极，然后分别用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10分钟，然后烘干待用；
(3)、丝网印刷法Fe掺杂介孔TiO2厚膜的制备：将上述制备好的溶胶中加入6％(wt)乙基纤维素以增加TiO2胶体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇(松油醇为溶胶质量的8％)，以增加TiO2厚膜的表面吸附性，然后磁力搅拌24h，以制得丝网印刷所需的浆料，把制得的TiO2浆料通过200目的尼龙丝网在氧化铟锡导电玻璃上再印刷一层纳米晶介孔TiO2浆料形成厚膜，然后将所述浆料厚膜置放于温度为40℃的烘箱中，陈化48h，然后以1℃/min的升温速率升温至晶化温度345℃，保温4h，即得到纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜电极。丝网印刷法可使制备好的纳米晶介孔TiO2厚膜具有良好的有序性和所需的厚度。
实施例2：本实施例中钛与铁的摩尔比为1∶0.005，其它工艺过程与实施例1相同。
本发明实施例一制得的纳米晶介孔TiO2厚膜材料通过小角XRD衍射测试厚膜的有序性和拉曼谱测试厚膜的结晶性能，并对厚膜作透射电子显微镜TEM图，其测试结果表明：如附图中图1所示，其小角XRD衍射峰位于0.7°左右，说明厚膜具有一定有序孔道结构，平均孔径大约为6-7nm；如图2所示，材料在146cm-1，437cm-1，606cm-1出现的特征峰表明材料结晶性良好，并为锐钛矿结构，而锐钛矿结构是最有利于电子传输的钛的晶体结构。其中主峰相对文献中的参考值略有右移，说明材料表面富有氧空位，更有利于电了的传输；从图3的TEM图，可知材料具有一个类蜂窝状的孔道结构，这与图1的小角XRD测试结果一致；从图4可知，该厚膜材料具有锐钛矿结构；从图5可知，材料的吸收区域扩展至了400nm，即在可见光区域有吸收.
同样，如附图中图6所示，材料的小角XRD图谱在0.8°左右出现衍射峰，说明掺铁量为5％时厚膜材料也具有一定有序的孔道结构；从图7可知，该厚膜材料的吸收区域也得到了一定扩展。

Claims (1)

1.一种纳米晶Fe掺杂介孔TiO2厚膜材料的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
A、Fe掺杂介孔TiO2溶胶的制备：以钛酸正丁酯和氯化铁作为钛和铁的前驱物为原料，钛与铁的摩尔质量比为1∶0.05-1∶0.10；以三嵌段共聚物P123为模板剂；首先将一定量的三嵌段共聚物P123溶于无水乙醇溶液中，在磁力搅拌下，将其完全溶解，接着在上述乙醇溶液中添加少量盐酸和乙酷丙酮，以调节钛前驱物的水解速率；然后再向无水乙醇中加入一定量的钛酸四正丁酯和氯化铁，进行磁力搅拌16小时，原料经共溶搅拌后得到介孔掺铁TiO2(Fe-TiO2)溶胶，在室温下静置24小时后，待用；
B、衬底的准备：采用氧化铟锡导电玻璃为衬底材料，在一定大小的玻璃衬底材料的中间先腐蚀出一条沟道，以形成两个共平面电极；然后用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗1-2次，然后烘干待用；
C、Fe掺杂介孔TiO2厚膜的制备：采用丝网印刷法；先在上述制备的Fe-TiO2溶胶中加入5～8％(wt)乙基纤维素，以增加Fe-TiO2胶体的黏度，然后加入表面活性剂松油醇，来增加厚膜的表面吸附性，松油醇的加入量为溶胶质量的5-10％；然后磁力搅拌18～24h，以制得丝网印刷所需的浆料，把制得的所述Fe-TiO2浆料通过200目的尼龙丝网在ITO玻璃上印刷一层介孔Fe-TiO2厚膜。然后将厚膜置放于温度为35～45℃的烘箱中，陈化45～48h，再以1℃/min的升温速率升温至晶化温度340～350℃，保温3.5～6h，即得到纳米晶介孔Fe-TiO2厚膜电极。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102157268A (zh) * 2010-11-23 2011-08-17 复旦大学 钨掺杂的纳米晶二氧化钛半导体薄膜及其制备方法和应用
CN102751099A (zh) * 2012-07-05 2012-10-24 常州有则科技有限公司 一种混合价态铁离子掺杂纳米晶二氧化钛薄膜及其制备方法
CN103253743A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 南京大学 一种Fe掺杂PTFE-PbO2/TiO2-NTs/Ti电极的制备方法和应用
CN105413689A (zh) * 2015-11-11 2016-03-23 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种Fe/TiO2中温脱硝催化剂及制备方法与应用
CN106555178A (zh) * 2016-11-17 2017-04-05 榆林学院 一种掺铁氧化钛疏水薄膜及其制备方法
CN108997621A (zh) * 2018-08-03 2018-12-14 武汉工程大学 一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用
CN109115834A (zh) * 2018-08-01 2019-01-01 华东师范大学 一种ppb级NO2气体片式传感器及制备方法
CN110357152A (zh) * 2019-07-26 2019-10-22 南京理工大学 一种金属元素掺杂的阳极氧化钛纳米管的制备方法
CN110589882A (zh) * 2019-09-06 2019-12-20 佛山科学技术学院 一种二氧化钛纳米晶的制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102157268A (zh) * 2010-11-23 2011-08-17 复旦大学 钨掺杂的纳米晶二氧化钛半导体薄膜及其制备方法和应用
CN102751099A (zh) * 2012-07-05 2012-10-24 常州有则科技有限公司 一种混合价态铁离子掺杂纳米晶二氧化钛薄膜及其制备方法
CN103253743A (zh) * 2013-04-28 2013-08-21 南京大学 一种Fe掺杂PTFE-PbO2/TiO2-NTs/Ti电极的制备方法和应用
CN105413689A (zh) * 2015-11-11 2016-03-23 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种Fe/TiO2中温脱硝催化剂及制备方法与应用
CN106555178A (zh) * 2016-11-17 2017-04-05 榆林学院 一种掺铁氧化钛疏水薄膜及其制备方法
CN106555178B (zh) * 2016-11-17 2019-03-08 榆林学院 一种掺铁氧化钛疏水薄膜及其制备方法
CN109115834A (zh) * 2018-08-01 2019-01-01 华东师范大学 一种ppb级NO2气体片式传感器及制备方法
CN108997621A (zh) * 2018-08-03 2018-12-14 武汉工程大学 一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用
CN108997621B (zh) * 2018-08-03 2021-03-26 武汉工程大学 一种用缓冲溶液保护的介孔二氧化硅与纤维素共混膜及其制备方法和应用
CN110357152A (zh) * 2019-07-26 2019-10-22 南京理工大学 一种金属元素掺杂的阳极氧化钛纳米管的制备方法
CN110589882A (zh) * 2019-09-06 2019-12-20 佛山科学技术学院 一种二氧化钛纳米晶的制备方法
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