CN102509620B - 一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种以钛箔作为基底导电材料的量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，属于太阳能电池制造技术领域。将钛箔基底进行裁片，采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，得到明亮的钛箔基底；采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，阳极氧化完成后，清洗；干燥，采用化学浴的方法将CdS、CdSe量子点及其组合组装在氧化钛纳米管阵列上。另外选用一个阴极组成两电极体系，组装成光电化学电池。采用成本低廉、环境友好、操作简便的阳极氧化方法，快速制备出所需面积、所需数量的具有规整形貌的氧化钛纳米管阵列薄膜，可实现工业化生产；制备的量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池性能优越，具有高的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及到一种以钛箔作为基底导电材料的量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，属于太阳能电池制造技术领域。
背景技术
随着煤炭、石油等传统燃料资源的频频告急，不可再生能源的使用对环境造成的危害日益加剧。太阳能光电化学电池将太阳能转化成电能或化学能(如氢能)，能有效地解决能源和环境污染问题，显示了可持续的发展前景。
早于1982年Ross和Nozik就提出了载流子电池，1997年Wurfel从热载流子出发，提出了碰撞电离电池的概念，倘若施加优化的聚光条件，理想的热载流子电池的最高效率可以达到或超过85％(Ross R T，Nozik A J.J.Appl.Phys.，1982，53，3813)或按照Takeda的计算，最大可达76％(Green M A.Third GenerationPhotovoltaics.Berlin：Springer-Verlag，2003)，为量子点敏化太阳能电池提供了重要的理论依据。
通常用于量子点敏化太阳能电池光阳极的材料包括TiO2、ZnO、SnO、Nb2O5以及SrTiO3等(
M.Photoelectrochemical cells，Nature 2001，414，337)。虽然量子点敏化TiO2纳米管阵列已有报导，但其光电转换效率明显偏低，目前为止，报导的转化率最高值为4.69％，本发明采用低成本方法，改进工艺方法，能够快速制备出所需面积、所需数量的具有规整形貌的氧化钛纳米管阵列薄膜，可实现工业化生产。制备的量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池性能优越，光电转化效率大大提高，具有巨大的潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
本发明的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，该光电化学电池包括光阳极、对电极和电解液；先在钛箔基底上通过阳极氧化方法制备氧化钛纳米管阵列电极，然后采用化学浴沉积的方法，将量子点组装在氧化钛纳米管阵列电极上，最后组装成光电化学电池，具体步骤为：
1)氧化钛纳米管阵列光电极的制备。将钛箔基底进行裁片，依次用丙酮、乙醇各超声清洗3～10min；采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用含有NH4F的乙二醇的水溶液，恒压(50-80V)，抛光5-24h；抛光后的钛箔用去离子水超声清洗3～20min，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。用打孔器在3M胶带上打出所需数量、所需面积的空洞，将其贴在钛箔上，遮挡钛箔上非反应部分。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用含有NH4F的乙二醇的水溶液，恒压(20-60V)，氧化时间1-24h，其中氧化电压需低于抛光时的电压。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在400-600℃下加热热处理0.5-3h。
2)量子点敏化氧化钛纳米管阵列光电化学电池的组装。将生长氧化钛纳米管阵列的钛箔导电衬底，通过封装和导线连接等工艺，使之作为工作电极，另外选用一个阴极组成两电极体系，选用浓度为0.01M-1M的电解质溶液，组装成光电化学电池，包括光阳极，对电极和电解液，该光阳极包括量子点材料。对电极为铂片电极、石墨电极或P型半导体电极等，电解质溶液包括硫化钠、亚硫酸钠水溶液等。
3)采用化学浴的方法将CdS量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。
采用化学浴的方法将CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源。Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)。Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。
通过控制化学浴时间及次数来控制量子点的厚度及分布，化学浴的时间为30min到10小时，次数为1到10次。
利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等测试手段对制备的氧化钛纳米管阵列及量子点敏化电极进行了观察研究，结果表明：所制备的氧化钛纳米管阵列，为锐钛矿结构，外径为60-120纳米，壁厚10纳米-50纳米，长度为500纳米-1000微米，垂直于基底生长，量子点在纳米管内外表面分布均匀。证明这种方法能够制备出形貌、结晶良好的氧化钛纳米管阵列及量子点敏化电极。
对所制备的光电化学电池进行了光电转性能的测试。采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，入射光强度100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站或恒电位仪，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测试表明，所制电池光电响应迅速，光电流密度范围从几十纳安到几十毫安每平方厘米，开路电压范围从300毫伏到1400毫伏，光转化效率范围从0.01％-20％，最大转化效率远远大大超过以往氧化钛基的光电化学电池性能。
有益效果
采用成本低廉、环境友好、操作简便的阳极氧化方法，通过设计反应系统，能够快速制备出所需面积、所需数量的具有规整形貌的氧化钛纳米管阵列薄膜，可实现工业化生产。制备的量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池性能优越，具有高的光电转换效率。本发明可以制备出大面积的形貌规整的氧化钛纳米管阵列及量子点敏化氧化钛纳米管电极。
附图说明
图1为实施例4所制备的量子点敏化氧化钛纳米管电极的截面SEM图；
图2为实施例3所制备的量子点敏化氧化钛纳米管电极的光电化学电池的I-V曲线。
具体实施方式
实施例1
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
将制备的氧化钛纳米管阵列中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为1M硫化钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的氧化钛纳米管阵列，为锐钛矿结构，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达2.10mA/cm2。
实施例2
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法将CdS量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。将制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdS量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达11.47mA/cm2，转换效率6.58％。
实施例3
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法将CdS量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。此过程重复6次以控制CdS量子点的厚度及分布。将制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdS量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达12.57mA/cm2，转换效率7.95％。；图2为所制备的量子点敏化氧化钛纳米管电极的光电化学电池的I-V曲线。
实施例4
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法将CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源。Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)。Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。将制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdSe量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdSe量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达12.42mA/cm2，转换效率8.27％。图1为所制备的量子点敏化氧化钛纳米管电极的截面SEM图。
实施例5
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法将CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源。Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)。Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。此过程重复5并次。将制备的CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdSe量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdSe量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达13.52mA/cm2，转换效率9.35％。
实施例6
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法分别将CdS、CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。组装CdS量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。组装CdSe量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源，Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。
将制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdSe、CdS量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达18.3mA/cm2，转换效率13.56％。
实施例7
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法分别将CdS、CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。组装CdS量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。组装CdSe量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源，Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。此过程分别重复6次。
将制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdSe、CdS量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达20.4mA/cm2，转换效率16.31％。
实施例8
将钛箔裁片为3*5cm，先经过丙酮、乙醇分别超声清洗10分钟。采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压60V，抛光10h。抛光后的钛箔用去离子水超声清洗10分钟，得到明亮的钛箔基底，用于制备氧化钛纳米管阵列。采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用0.3％wtNH4F、2％wt H2O的乙二醇溶液，恒压50V，氧化时间3h。阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于丙酮或其他有机溶剂中进行清洗。待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在450℃下热处理1h。
采用化学浴的方法分别将CdS、CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上。组装CdS量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，清洗溶剂为甲醇。组装CdSe量子点时，Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源，Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂(体积比1∶5)，Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h。清洗溶剂为甲醇。此过程交替进行，分别重复6次。
将制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极中间部分留出0.5cm2的固定面积，其余部分用3M胶带密封，用铜线连接导电衬底，此电极为工作电极，另外选用铂片作为阴极，选用浓度为0.35M硫化钠水溶液和0.25M亚硫酸钠水溶液作为电解液，组装成光电化学电池。
所制备的CdSe、CdS量子点敏化氧化钛纳米管电极，外径为100纳米，壁厚10纳米，长度为16微米，垂直于基底生长，CdSe、CdS量子点在氧化钛纳米管内外壁附着均匀。光电化学性能测试采用500W氙灯(波长范围为200-2000nm)作为模拟太阳光平行光源，强度控制为100mW/cm2。将光电化学电池连接电化学工作站，进行暗态和明态下的电流-电压(I-V)曲线测试，电位扫描速度为10mV/s。测得电池最大光电流密度达19.4mA/cm2，转换效率14.85％。
Claims (6)
1.一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：
1）将钛箔基底进行裁片，超声清洗，然后采用阳极氧化腐蚀的方法对钛箔基底进行抛光处理，电解液采用含有NH4F的乙二醇的水溶液，恒压50-80V，抛光5-24h；抛光后的钛箔超声清洗后得到明亮的钛箔基底；
用打孔器在3M胶带上打出设定数量、设定面积的空洞，将其贴在钛箔上，遮挡钛箔上非反应部分；采用阳极氧化的方法制备氧化钛纳米管阵列，电解液采用含有NH4F的乙二醇的水溶液，恒压20-60V，氧化时间1-24h，其中氧化电压需低于抛光时的电压；阳极氧化完成后，将此纳米管阵列薄膜置于有机溶剂中进行清洗；待其干燥后，将此基底置于马弗炉中，在400-600℃下加热热处理0.5-3h；
2）将生长氧化钛纳米管阵列的钛箔导电衬底，通过封装和导线连接工艺，使之作为工作电极，另外选用一个阴极组成两电极体系，选用浓度为0.01M-1M的电解质溶液，组装成光电化学电池；
3）采用化学浴的方法将CdS量子点或CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上；通过控制化学浴时间及次数来控制量子点的厚度及分布；化学浴的时间为30min到10小时，次数为1到10次；
上述制备的氧化钛纳米管阵列，为锐钛矿结构，外径为60-120纳米，壁厚10纳米—50纳米，长度为500纳米—1000微米，垂直于基底生长，量子点在纳米管内外表面分布均匀；
步骤3）中采用化学浴的方法将CdS量子点组装在氧化钛纳米管阵列上时，Cd盐选用Cd(NO3)2，S盐选用Na2S，Cd盐和S盐浓度均为0.25M，Cd盐溶液的溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂，乙醇和甲醇的体积比为1:5，S盐溶液的溶剂为H2O和甲醇的混合溶剂，H2O和甲醇的体积比为1:5，清洗溶剂为甲醇；
步骤3）中采用化学浴的方法将CdSe量子点组装在氧化钛纳米管阵列上时，Cd盐选用Cd(NO3)2，Se盐选用Na2SeSO3作为Se源；Cd盐溶液浓度为0.25M，溶剂为乙醇和甲醇的混合溶剂，乙醇和甲醇的体积比为1:5，Na2SeSO3的制备方法为将0.03M的Se粉在0.03M Na2SO3的水溶液中70℃加热回流7h；清洗溶剂为甲醇。
2.根据权利要求1所述的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于：对所制备的光电化学电池进行了光电转性能的测试；采用500W氙灯波长范围为200-2000nm作为模拟太阳光平行光源，入射光强度100mW/cm2；将光电化学电池连接电化学工作站或恒电位仪，进行暗态和明态下的电流-电压曲线测试，电位扫描速度为10mV/s；所制电池光电响应迅速，光电流密度范围从几十纳安到几十毫安每平方厘米，开路电压范围从300毫伏到1400毫伏，光转化效率范围从0.01%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于：步骤2）中制备的光电化学电池包括光阳极，对电极和电解液。
4.根据权利要求3所述的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于：光阳极包括量子点材料。
5.根据权利要求3所述的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于：对电极为铂片电极、石墨电极或P型半导体电极。
6.根据权利要求3所述的一种量子点敏化氧化钛纳米管光电化学电池的制备方法，其特征在于：电解质溶液为硫化钠水溶液或亚硫酸钠水溶液。
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