CN106409534A - 水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法。水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：包括如下步骤：TiO2纳米介孔结构薄膜作为衬底，分别用无水乙醇、去离子水清洗氧化钛光阳极；配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，搅拌后澄清，将两种溶液混合并不断搅拌；将TiO2光阳极导电面向下斜靠在反应釜内衬中；把反应釜移入烤箱中，取出后自然冷却，分别用无水乙醇、去离子水交替清洗ZnO纳米花，以除去表面悬浮的颗粒物，形成TiO2/ZnO纳米花复合薄膜光阳极。通过本发明纳米花光阳极制成的染料敏化电池比传统的TiO2电池在短路电流、开路电压、填充因子、转化效率都得到一定程度的提高。
Description
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法。
背景技术
全球经济的发展和人口的不断增长，能源、环境和人口的矛盾日益突出，绿色可再生能源成为可持续发展亟待解决的问题，目前最具潜力的新能源是太阳能。其中染料敏化太阳能电池(DSSC)以其较低的制备成本和灵活的生产方法得到广泛的关注。
在染料敏化电池中，光阳极在光能转化成电能的过程中起着至关重要的作用，目前使用较多的光阳极材料是二氧化钛。通常采用的介孔TiO2薄膜的电子传输受到晶界间陷阱的阻碍，复合几率较大；采用复合材料光阳极可以有效的降低复合几率。TiO2和ZnO复合光阳极的研究近期受到较多研究者的关注。ZnO与TiO2性质类似，ZnO的电子迁移率和电子扩散系数较高，这有利于提高光生电子的传输效率，同时降低电子的复合几率。研究表明，ZnO的制备方法、形貌对染料敏化电池的转换效率有较大的影响。
近年来，ZnO制备方法有较大发展，常见的制备方法有等。其中水热法由于其设备简单、无催化剂生长、成本低、颗粒表面积大、无危害且有利于环境，因而得到了广泛的应用与发展。
发明内容
本发明旨在提出一种水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法。
本发明的技术方案在于：
水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，包括如下步骤：
（1）衬底的制备
TiO2纳米介孔结构薄膜作为衬底，薄膜厚度6μm，薄膜形貌为纳米颗粒，直径20nm，TiO2有效面积为0.6cm×0.6cm；分别用无水乙醇、去离子水清洗氧化钛光阳极；
（2）ZnO纳米花光阳极的制备
配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，搅拌后澄清，将两种溶液混合并不断搅拌直至混浊消失；将TiO2光阳极导电面向下斜靠在反应釜内衬中，防止溶液中颗粒沉积在氧化钛表面影响ZnO 纳米花的生长；把反应釜移入烤箱中，取出后自然冷却，分别用无水乙醇、去离子水交替清洗ZnO纳米花，以除去表面悬浮的颗粒物，形成TiO2/ZnO纳米花复合薄膜光阳极。
所述的将反应釜移入烤箱中的温度为95℃，反应时间为10h。
所述的Zn(CH3COO)2溶液的浓度为0.01mol/L。
所述的NaOH水溶液的浓度为0.7 -1.1mol/L。
所述的NaOH水溶液的浓度为0.8mol/L。
本发明的技术效果在于：
本发明采用水热法在TiO2衬底上合成了ZnO纳米花，构成TiO2和ZnO纳米花复合薄膜光阳极。生成的ZnO 纳米花直径在200~500nm之间，长度在2~4。5μm。在NaOH溶度为0.8 mol/L时染料的吸收量最大。TiO2和ZnO纳米花光阳极的染料敏化电池比传统的TiO2电池在短路电流、开路电压、填充因子、转化效率都得到一定程度的提高，电子在光阳极与电解质界面复合减小，抑制暗反应进行；增加了电子的寿命；进而提高染料敏化太阳能电池的转化效率。
具体实施方式
水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，包括如下步骤：
（1）衬底的制备
TiO2纳米介孔结构薄膜作为衬底，薄膜厚度6μm，薄膜形貌为纳米颗粒，直径20nm，TiO2有效面积为0.6cm×0.6cm；分别用无水乙醇、去离子水清洗氧化钛光阳极；
（2）ZnO纳米花光阳极的制
配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，搅拌后澄清，将两种溶液混合并不断搅拌直至混浊消失；将TiO2光阳极导电面向下斜靠在反应釜内衬中，防止溶液中颗粒沉积在氧化钛表面影响ZnO 纳米花的生长；把反应釜移入烤箱中，取出后自然冷却，分别用无水乙醇、去离子水交替清洗ZnO纳米花，以除去表面悬浮的颗粒物，形成TiO2/ZnO纳米花复合薄膜光阳极。
其中，所述的将反应釜移入烤箱中的温度为95℃，反应时间为10h。所述的Zn(CH3COO)2溶液的浓度为0.01mol/L。所述的NaOH水溶液的浓度为0.7 -1.1mol/L。所述的NaOH水溶液的浓度为0.8mol/L。
配置5×10-4mol/L乙醇溶液，把分别在0.7、0.8、0.9、1.0mol/L NaOH 溶度下制备的TiO2/ZnO纳米花黑暗条件下浸染24h，取出用无水乙醇冲洗TiO2薄膜以除去表面游离的染料，80℃下干燥15min。然后放入含有NaOH的乙醇水溶液中脱附，NaOH 起到脱附剂的作用，10min 后取出TiO2和ZnO薄膜，把溶液摇匀得到NaOH 乙醇水溶液。分别对该溶液测紫外可见光谱，找出512nm 下的吸光度，进而得到染料的吸收量。研究表明，在NaOH 溶度为0.8mol/L溶度下染料吸收量最大，说明该结构的比表面积更大，薄膜的转化效率提高。
Claims (5)
1.水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）衬底的制备
TiO2纳米介孔结构薄膜作为衬底，薄膜厚度6μm，薄膜形貌为纳米颗粒，直径20nm，TiO2有效面积为0.6cm×0.6cm；分别用无水乙醇、去离子水清洗氧化钛光阳极；
（2）ZnO纳米花光阳极的制备
配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，搅拌后澄清，将两种溶液混合并不断搅拌直至混浊消失；将TiO2光阳极导电面向下斜靠在反应釜内衬中，防止溶液中颗粒沉积在氧化钛表面影响ZnO 纳米花的生长；把反应釜移入烤箱中，取出后自然冷却，分别用无水乙醇、去离子水交替清洗ZnO纳米花，以除去表面悬浮的颗粒物，形成TiO2/ZnO纳米花复合薄膜光阳极。
2.根据权利要求1所述的水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：所述的将反应釜移入烤箱中的温度为95℃，反应时间为10h。
3.根据权利要求1所述的水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：所述的Zn(CH3COO)2溶液的浓度为0.01mol/L。
4.根据权利要求1所述的水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：所述的NaOH水溶液的浓度为0.7 -1.1mol/L。
5.根据权利要求4所述的水热法制备TiO2和ZnO纳米花光阳极的方法，其特征在于：所述的NaOH水溶液的浓度为0.8mol/L。
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Publications (1)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113252750A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-13 | 辽宁师范大学 | 可同时检测红霉素和血红蛋白的碳布/氧化锌/纳米金修饰电极 |
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2016
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| CN113252750B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-05-10 | 辽宁师范大学 | 可同时检测红霉素和血红蛋白的碳布/氧化锌/纳米金修饰电极 |
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Application publication date: 20170215 |
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