CN108946804B - 一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 - Google Patents
一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108946804B CN108946804B CN201810825736.0A CN201810825736A CN108946804B CN 108946804 B CN108946804 B CN 108946804B CN 201810825736 A CN201810825736 A CN 201810825736A CN 108946804 B CN108946804 B CN 108946804B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rice hulls
- nano
- titanium dioxide
- washing
- mixing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims abstract description 91
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims abstract description 91
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims abstract description 91
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 31
- YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N butan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-].CCCC[O-] YHWCPXVTRSHPNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 34
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 17
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G23/00—Compounds of titanium
- C01G23/04—Oxides; Hydroxides
- C01G23/047—Titanium dioxide
- C01G23/053—Producing by wet processes, e.g. hydrolysing titanium salts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/13—Nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，属于新能源材料技术领域。本发明在制备时，先将稻壳和水搅拌混合后，静置陈腐，制得陈腐稻壳，再将陈腐稻壳灭菌、水洗和干燥后，依次经碱洗和酸洗，制得预处理稻壳；再将预处理稻壳和水搅拌混合后，冷冻研磨，并经真空干燥，得纳米稻壳纤维，随后将纳米稻壳纤维分散于钛酸四丁酯稀释液中，再缓慢滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕，继续反应，过滤，洗涤和干燥，得负载型纳米纤维；再将负载型纳米纤维于惰性气体保护状态下缓慢升温，保温反应后，退火，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。具有高比表面积、优异的染料吸附性能和光催化效果的特点。
Description
技术领域
本发明公开了一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，属于新能源材料技术领域。
背景技术
二氧化钛（TiO2）作为一种过渡金属氧化物，在宽禁带半导体材料中，因其稳定无毒等特点，广泛应用于颜料生成、软膏加工；分解水、光催化元件；以及光电
转换、储能等领域。TiO2除了具有稳定的四方晶系中的锐钛矿、金红石晶型结构，还含有板钛矿结构，而前两种是最常用的晶型。自从TiO2纳米管被成功制备出来，不仅因其一维纳米结构相对于纳米颗粒无序堆积结构来说，拥有特有的电子传输优异的性能，而且相比于其他纳米线、纳米纤维等一维纳米结构，有着相对较大的比表面积，因此可以替代TiO2纳米颗粒在诸多应用领域发挥着重要的作用与优势，其在太阳能电池、光催化、锂电池等方面均取得了不俗的研究成果和可观的发展前景。
二氧化钛纳米材料是当今使用最普遍的一种半导体材料，由于纳米结构具有多样性，在很多的应用方面都发挥着重要作用。随着第三代太阳能电池发展至今，已经取得了丰富的研究成果。光阳极结构一向是染料敏化电池中重要的组成部分，而TiO2是这一部分选材的首选，所以其一直受到人们的关注，也在不断地发展与创新。二氧化钛纳米管主要作为吸附染料敏化分子的载体，进而将光生电子传输给外电路。由于纳米管等一维纳米结构相比于纳米颗粒结构在电子传输等性能方面有着非常明显的优势，所以作为研究最广泛的光阳极材料，这种一维结构因其优秀的特性而备受关注。
而传统的太阳能电池用二氧化钛纳米管还存在因其比表面积不高，导致产品对光染料的吸附能力不强，且光催化效果不佳的缺陷，因此，如何使太阳能电池用二氧化钛纳米管发挥更好的性能成为了本技术领域亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统二氧化钛纳米管在制备过程中，其比表面积不高，导致产品对光染料的吸附能力不强，且光催化效果不佳的缺陷，提供了一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，具体制备步骤为：
（1）将稻壳和水按质量比为1：1～1：3搅拌混合后，静置陈腐5～10天，得陈腐稻壳；
（2）将陈腐稻壳灭菌、水洗和干燥后，依次经碱洗和酸洗，得预处理稻壳；
（3）将预处理稻壳和水按质量比为3：1～10：1搅拌混合后，冷冻研磨，再经真空干燥，得纳米稻壳纤维；
（4）按重量份数计，依次取20～30份纳米稻壳纤维，100～150份钛酸四丁酯稀释液，10～20份醋酸溶液，将纳米稻壳纤维分散于钛酸四丁酯稀释液中，再缓慢滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕，继续反应4～6h后，过滤，洗涤和干燥，得负载型纳米纤维；
（5）将负载型纳米纤维于惰性气体保护状态下，以0.1～0.3℃/min速率缓慢程序升温至300～400℃，保温反应2～4h后，继续以0.4～0.6℃/min速率缓慢程序升温至700～750℃，保温反应2～4h后，趁热出料，退火，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。
步骤（2）所述碱为质量分数为10～20%的氢氧化钠溶液或质量分数为10～20%的氢氧化钾溶液中的任意一种。
步骤（2）所述酸为质量分数为10～15%的盐酸、质量分数为10～15%的硫酸或质量分数为8～10%的硝酸中的任意一种。
步骤（4）所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：5～1：8混合而成。
步骤（4）所述醋酸溶液为质量分数为3～8%的醋酸溶液。
步骤（4）所述缓慢滴加为以3～5mL/min的速率进行滴加。
步骤（5）所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种。
步骤（5）所述退火为于空气气氛中，以1～3℃/min速率降温至室温。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案首先采用陈腐对稻壳进行处理，经过陈腐处理后，有利于提高稻壳的渗透性，从而有利于后续碱洗和酸洗过程中碱和酸充分渗透进入稻壳内部，从而有效提高除杂效果和效率，在碱洗过程中，可使稻壳中的二氧化硅溶解，而酸洗可去除其中酸溶性的金属杂质，避免杂质的引入对产品最终的光催化效果造成不良影响；
（2）本发明技术方案将预处理后的稻壳和水混合，使水分充分渗透进入稻壳细胞内部，在液氮冷冻过程中，细胞内部水结冰形成冰晶而体积膨胀，在研磨过程中，在机械压力作用下，冰晶碎裂导致稻壳纤维解离成直径为10～30nm的纳米级稻壳纤维，该纳米级稻壳纤维比表面积大，且表面具有羟基等活性基团，可以作为载体，吸附水解产生的二氧化钛前驱体，且一旦有前驱体晶核形成，皆可被纳米级稻壳纤维表面吸附，从而有效避免二氧化钛前驱体的进一步生长团聚，使其良好分散于稻壳纤维表面，在惰性气体保护状态下升温过程中，首先表面的二氧化钛前驱体脱水并转变为纳米二氧化钛层，并且在缓慢升温过程中，内部纳米稻壳纤维逐渐发生脱水和有机物的分解，并形成中空结构，在后续升温过程中，中空结构的纤维沿受到剪切应力的面逐渐蔓延形成螺旋结构以释放应力，从而形成中空的螺旋结构的二氧化钛纳米管，基于稻壳纤维直径仅为10～30nm，在高温条件下还可进一步收缩，因此，得到的二氧化钛纳米管直径仅为6～20nm，且稻壳纤维中含有的碳和氮元素可以实现对中空螺旋结构的二氧化钛纳米管的掺杂，其中，螺旋结构的形成可有效提高二氧化钛纳米管的比表面积，不仅仅可提高二氧化钛纳米管对染料分子的吸附，还可有效增加太阳光在纤维中的反射次数，提高产品的光捕获能力，改善产品光催化效果；而碳和氮元素的掺杂，可引起二氧化钛的能级结构及能带位置发生变化，使二氧化钛纳米管对可见光发生响应或二氧化钛表面态发生变换，从而进一步提升产品的光催化效果。
具体实施方式
将稻壳和水按质量比为1：1～1：3搅拌混合后，于温度为35～40℃条件下，静置陈腐5～10天，得陈腐稻壳；将陈腐稻壳移入灭菌锅中，于温度为121℃条件下，高温灭菌15～30min，并将灭菌后的陈腐稻壳用去离子水洗涤3～5次，得水洗陈腐稻壳，再将水洗陈腐稻壳转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥陈腐稻壳，随后将干燥陈腐稻壳和碱按质量比为1：8～1；10混合倒入1号烧杯中，并将1号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为60～80kHz条件下，超声清洗1～2h后，过滤，得1号滤饼，并用去离子水洗涤1号滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的1号滤饼和酸按质量比为1：6～1：8混合倒入2号烧杯中，并将2号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为55～60kHz条件下，超声清洗1～2h后，过滤，得2号滤饼，并用去离子水洗涤所得2号滤饼直至洗涤液呈中性，得预处理稻壳；将预处理稻壳和水按质量比为3：1～10：1搅拌混合10～20min后，用液氮冷冻30～50s，得冷冻料，再将所得冷冻料于温度为-8～-4℃条件下，进行冷冻研磨2～3h，得冷冻研磨料，再将所得冷冻研磨料真空干燥，得纳米稻壳纤维；按重量份数计，依次取20～30份纳米稻壳纤维，100～150份钛酸四丁酯稀释液，10～20份醋酸溶液，先将纳米稻壳纤维和钛酸四丁酯稀释液混合倒入四口烧瓶中，于温度为45～50℃，搅拌转速为300～500r/min条件下，边恒温搅拌边通过滴液漏斗以3～5mL/min速率向四口烧瓶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕后，继续恒温搅拌反应4～6h后，过滤，得3号滤饼，并用去离子水洗涤3号滤饼4～6次，再将洗涤后的3号滤饼转入烘箱中，于温度为85～90℃条件下干燥至恒重，得负载型纳米纤维；再将所得负载型纳米纤维转入管式炉中，以300～400mL/min速率向管式炉中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，以0.1～0.3℃/min速率缓慢程序升温至300～400℃，保温反应2～4h后，继续以0.4～0.6℃/min速率缓慢程序升温至700～750℃，保温反应2～4h后，趁热出料，于空气气氛中，以1～3℃/min速率退火至常温，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。所述碱为质量分数为10～20%的氢氧化钠溶液或质量分数为10～20%的氢氧化钾溶液中的任意一种。所述酸为质量分数为10～15%的盐酸、质量分数为10～15%的硫酸或质量分数为8～10%的硝酸中的任意一种。所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：5～1：8混合而成。所述醋酸溶液为质量分数为3～8%的醋酸溶液。所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种。
实例1
将稻壳和水按质量比为1：3搅拌混合后，于温度为40℃条件下，静置陈腐10天，得陈腐稻壳；将陈腐稻壳移入灭菌锅中，于温度为121℃条件下，高温灭菌30min，并将灭菌后的陈腐稻壳用去离子水洗涤5次，得水洗陈腐稻壳，再将水洗陈腐稻壳转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥陈腐稻壳，随后将干燥陈腐稻壳和碱按质量比为1；10混合倒入1号烧杯中，并将1号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为80kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得1号滤饼，并用去离子水洗涤1号滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的1号滤饼和酸按质量比为1：8混合倒入2号烧杯中，并将2号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为60kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得2号滤饼，并用去离子水洗涤所得2号滤饼直至洗涤液呈中性，得预处理稻壳；将预处理稻壳和水按质量比为10：1搅拌混合20min后，用液氮冷冻50s，得冷冻料，再将所得冷冻料于温度为-4℃条件下，进行冷冻研磨3h，得冷冻研磨料，再将所得冷冻研磨料真空干燥，得纳米稻壳纤维；按重量份数计，依次取30份纳米稻壳纤维，150份钛酸四丁酯稀释液，20份醋酸溶液，先将纳米稻壳纤维和钛酸四丁酯稀释液混合倒入四口烧瓶中，于温度为50℃，搅拌转速为500r/min条件下，边恒温搅拌边通过滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕后，继续恒温搅拌反应6h后，过滤，得3号滤饼，并用去离子水洗涤3号滤饼6次，再将洗涤后的3号滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下干燥至恒重，得负载型纳米纤维；再将所得负载型纳米纤维转入管式炉中，以400mL/min速率向管式炉中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，以0.3℃/min速率缓慢程序升温至400℃，保温反应4h后，继续以0.6℃/min速率缓慢程序升温至750℃，保温反应4h后，趁热出料，于空气气氛中，以3℃/min速率退火至常温，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。所述碱为质量分数为20%的氢氧化钠溶液。所述酸为质量分数为15%的盐酸。所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：8混合而成。所述醋酸溶液为质量分数为8%的醋酸溶液。所述惰性气体为氮气。
实例2
按重量份数计，依次取30份直径为1mm的稻壳纤维，150份钛酸四丁酯稀释液，20份醋酸溶液，先将直径为1mm的稻壳纤维和钛酸四丁酯稀释液混合倒入四口烧瓶中，于温度为50℃，搅拌转速为500r/min条件下，边恒温搅拌边通过滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕后，继续恒温搅拌反应6h后，过滤，得3号滤饼，并用去离子水洗涤3号滤饼6次，再将洗涤后的3号滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下干燥至恒重，得负载型纳米纤维；再将所得负载型纳米纤维转入管式炉中，以400mL/min速率向管式炉中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，以0.3℃/min速率缓慢程序升温至400℃，保温反应4h后，继续以0.6℃/min速率缓慢程序升温至750℃，保温反应4h后，趁热出料，于空气气氛中，以3℃/min速率退火至常温，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：8混合而成。所述醋酸溶液为质量分数为8%的醋酸溶液。所述惰性气体为氮气。
实例3
将稻壳和水按质量比为1：3搅拌混合后，于温度为40℃条件下，静置陈腐10天，得陈腐稻壳；将陈腐稻壳移入灭菌锅中，于温度为121℃条件下，高温灭菌30min，并将灭菌后的陈腐稻壳用去离子水洗涤5次，得水洗陈腐稻壳，再将水洗陈腐稻壳转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥陈腐稻壳，随后将干燥陈腐稻壳和碱按质量比为1；10混合倒入1号烧杯中，并将1号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为80kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得1号滤饼，并用去离子水洗涤1号滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的1号滤饼和酸按质量比为1：8混合倒入2号烧杯中，并将2号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为60kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得2号滤饼，并用去离子水洗涤所得2号滤饼直至洗涤液呈中性，得预处理稻壳；将预处理稻壳和水按质量比为10：1搅拌混合20min后，用液氮冷冻50s，得冷冻料，再将所得冷冻料于温度为-4℃条件下，进行冷冻研磨3h，得冷冻研磨料，再将所得冷冻研磨料真空干燥，得纳米稻壳纤维；按重量份数计，依次取30份纳米稻壳纤维，150份钛酸四丁酯稀释液，20份醋酸溶液，先将纳米稻壳纤维和钛酸四丁酯稀释液混合倒入四口烧瓶中，于温度为50℃，搅拌转速为500r/min条件下，边恒温搅拌边通过滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕后，继续恒温搅拌反应6h后，过滤，得3号滤饼，并用去离子水洗涤3号滤饼6次，再将洗涤后的3号滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下干燥至恒重，得负载型纳米纤维；再将所得负载型纳米纤维转入管式炉中，以400mL/min速率向管式炉中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，以10℃/min速率缓慢程序升温至400℃，保温反应4h后，继续以10℃/min速率缓慢程序升温至750℃，保温反应4h后，趁热出料，于空气气氛中，以10℃/min速率退火至常温，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。所述碱为质量分数为20%的氢氧化钠溶液。所述酸为质量分数为15%的盐酸。所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：8混合而成。所述醋酸溶液为质量分数为8%的醋酸溶液。所述惰性气体为氮气。
实例4
将稻壳和水按质量比为1：3搅拌混合后，于温度为40℃条件下，静置陈腐10天，得陈腐稻壳；将陈腐稻壳移入灭菌锅中，于温度为121℃条件下，高温灭菌30min，并将灭菌后的陈腐稻壳用去离子水洗涤5次，得水洗陈腐稻壳，再将水洗陈腐稻壳转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥陈腐稻壳，随后将干燥陈腐稻壳和碱按质量比为1；10混合倒入1号烧杯中，并将1号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为80kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得1号滤饼，并用去离子水洗涤1号滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的1号滤饼和酸按质量比为1：8混合倒入2号烧杯中，并将2号烧杯移入超声振荡仪，于超声频率为60kHz条件下，超声清洗2h后，过滤，得2号滤饼，并用去离子水洗涤所得2号滤饼直至洗涤液呈中性，得预处理稻壳；将预处理稻壳和水按质量比为10：1搅拌混合20min后，用液氮冷冻50s，得冷冻料，再将所得冷冻料于温度为-4℃条件下，进行冷冻研磨3h，得冷冻研磨料，再将所得冷冻研磨料真空干燥，得纳米稻壳纤维；按重量份数计，依次取30份纳米稻壳纤维，150份钛酸四丁酯稀释液，20份醋酸溶液，先将纳米稻壳纤维和钛酸四丁酯稀释液混合倒入四口烧瓶中，于温度为50℃，搅拌转速为500r/min条件下，边恒温搅拌边通过滴液漏斗以5mL/min速率向四口烧瓶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕后，继续恒温搅拌反应6h后，过滤，得3号滤饼，并用去离子水洗涤3号滤饼6次，再将洗涤后的3号滤饼转入烘箱中，于温度为90℃条件下干燥至恒重，得负载型纳米纤维；再将所得负载型纳米纤维转入管式炉中，以400mL/min速率向管式炉中通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，以0.3℃/min速率缓慢程序升温至400℃，保温反应4h后，继续以0.6℃/min速率缓慢程序升温至750℃，保温反应4h后，趁热出料，于空气气氛中，以3℃/min速率成随炉冷却至室温，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。所述碱为质量分数为20%的氢氧化钠溶液。所述酸为质量分数为15%的盐酸。所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：8混合而成。所述醋酸溶液为质量分数为8%的醋酸溶液。所述惰性气体为氮气。
对比例：上海某科技有限公司生产的太阳能电池用二氧化钛纳米管。
将实例1至实例4所得的太阳能电池用二氧化钛纳米管及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
在ASAP2010比表面积测定仪上测定试件的比表面积；配置好的0.1M的NaOH水溶液，将光阳极部分淹没于溶剂内。12小时充分解吸附后，利用紫外可见分光光度计（UV-Vis，UV-2550，Shimadzu）来测定溶液的吸光率。通过计算502nm吸光度的值除以光阳极的面积可得试件的DL；在太阳光模拟器（AM1.5G，100Mw cm-2,，Model91160，Newport-OrielInstruments）的照射下，利用数字源表（SourceMeter，Model2400，Keithley）记录电流、电压数据。扫描电压在-0.1V到1.0V之间。
具体检测结果如表1所示：
表1太阳能电池用二氧化钛纳米管具体检测结果
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的太阳能电池用二氧化钛纳米管具有高比表面积、优异的染料吸附性能和光催化效果的特点，在新能源材料技术行业的发展中具有广阔的前景。
Claims (8)
1.一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将稻壳和水按质量比为1：1～1：3搅拌混合后，静置陈腐5～10天，得陈腐稻壳；
（2）将陈腐稻壳灭菌、水洗和干燥后，依次经碱洗和酸洗，得预处理稻壳；
（3）将预处理稻壳和水按质量比为3：1～10：1搅拌混合后，冷冻研磨，再经真空干燥，得纳米稻壳纤维；
（4）按重量份数计，依次取20～30份纳米稻壳纤维，100～150份钛酸四丁酯稀释液，10～20份醋酸溶液，将纳米稻壳纤维分散于钛酸四丁酯稀释液中，再缓慢滴加醋酸溶液，待醋酸溶液滴加完毕，继续反应4～6h后，过滤，洗涤和干燥，得负载型纳米纤维；
（5）将负载型纳米纤维于惰性气体保护状态下，以0.1～0.3℃/min速率缓慢程序升温至300～400℃，保温反应2～4h后，继续以0.4～0.6℃/min速率缓慢程序升温至700～750℃，保温反应2～4h后，趁热出料，退火，即得太阳能电池用二氧化钛纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（2）所述碱为质量分数为10～20%的氢氧化钠溶液或质量分数为10～20%的氢氧化钾溶液中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（2）所述酸为质量分数为10～15%的盐酸、质量分数为10～15%的硫酸或质量分数为8～10%的硝酸中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（4）所述钛酸四丁酯稀释液是由钛酸四丁酯和无水乙醇按质量比为1：5～1：8混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（4）所述醋酸溶液为质量分数为3～8%的醋酸溶液。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（4）所述缓慢滴加为以3～5mL/min的速率进行滴加。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（5）所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法，其特征在于步骤（5）所述退火为于空气气氛中，以1～3℃/min速率降温至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810825736.0A CN108946804B (zh) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | 一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810825736.0A CN108946804B (zh) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | 一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108946804A CN108946804A (zh) | 2018-12-07 |
| CN108946804B true CN108946804B (zh) | 2020-12-01 |
Family
ID=64463869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810825736.0A Active CN108946804B (zh) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | 一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108946804B (zh) |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100586864C (zh) * | 2007-11-20 | 2010-02-03 | 中国科学院广州能源研究所 | 二氧化钛纳米管的制备方法 |
| CN101864606B (zh) * | 2010-06-30 | 2011-09-07 | 东北林业大学 | 高长径比生物质纤维素纳米纤维的制备方法 |
| KR101326659B1 (ko) * | 2011-10-25 | 2013-11-07 | 주식회사 포톤와트 | 이산화티타늄 나노튜브의 제조방법 및 상기 이산화티타늄 나노튜브를 포함하는 고효율 염료감응 태양전지용 광전극 |
| CN105883914B (zh) * | 2014-11-11 | 2018-04-03 | 天津科技大学 | 一种二氧化钛纳米管的制备方法 |
| CN106223089B (zh) * | 2016-07-22 | 2017-09-01 | 扬州大学 | 一种从葎草茎中提取纤维素纳米纤维的方法 |
| CN106365195A (zh) * | 2016-08-26 | 2017-02-01 | 华南理工大学 | 一种以生物质材料为模板的三维多孔二氧化钛及其制备方法 |
| CN106732503A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 上海华明高技术（集团）有限公司 | 负载纳米二氧化钛薄膜的活性炭纤维及其制备方法和用途 |
| CN107200350B (zh) * | 2017-07-11 | 2019-03-12 | 河南师范大学 | 以玉米须为模板制备TiO2纳米管阵列光催化材料的方法 |
| CN107987352A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-04 | 常州市宇科不绣钢有限公司 | 一种轻质高强度石头纸的制备方法 |
| CN108383128B (zh) * | 2018-05-15 | 2020-04-28 | 佛山市高建硅胶实业有限公司 | 一种稻壳基微纳结构多孔二氧化硅的制备方法 |
-
2018
- 2018-07-25 CN CN201810825736.0A patent/CN108946804B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108946804A (zh) | 2018-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11713512B2 (en) | Bismuth vanadate electrode comprising vanadium-functionalized graphene quantum dots and a preparation method thereof | |
| CN109603881B (zh) | 改性碳量子点负载中空管状氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
| JP2020033249A (ja) | 粒径制御可能な、階層構造を有するチタン酸塩、チタン酸及び二酸化チタンの調製方法 | |
| CN103877966B (zh) | 一种异质结构光催化剂的制备方法 | |
| Wang et al. | Pn heterostructured TiO2/NiO double-shelled hollow spheres for the photocatalytic degradation of papermaking wastewater | |
| CN110252352B (zh) | 一种碳量子点修饰钨酸铋/有序大孔氟掺杂氧化锡复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108390048B (zh) | 一种氮磷共掺杂碳包覆MoO3-x及其制备方法 | |
| CN101976611A (zh) | TiO2纳米线阵列薄膜光阳极及其制备方法 | |
| CN109326790B (zh) | 一种一维纳米线状钛酸钠及其制备方法和应用 | |
| CN101866753B (zh) | 染料敏化太阳能电池光阳极表面的处理方法 | |
| CN101916670A (zh) | 一种TiO2纳米花薄膜光阳极及其制备方法 | |
| CN102486967B (zh) | 复合有序多孔纳米二氧化钛薄膜的制备方法 | |
| CN105618153A (zh) | 一种基于层级组装的硅-二氧化钛-聚吡咯三维仿生复合材料及应用 | |
| CN104098134A (zh) | 一种无定形层包覆的TiO2纳米管的制备方法及其用途 | |
| Koo et al. | High-surface area co-electrospun TiO2 nanowires fabricated using shrinkage of polyvinylpyrrolidone for improved photovoltaic performance | |
| CN113769728B (zh) | 一种V2O5/BiVO4/Bi2O4异质结及其制备方法和应用 | |
| Rong et al. | Electron transport improvement of perovskite solar cells via intercalation of Na doped TiO2 from metal-organic framework MIL-125 (Ti) | |
| CN115121241A (zh) | 氧化铟与钛酸镧异质结光催化剂及其制备方法 | |
| CN108946804B (zh) | 一种太阳能电池用二氧化钛纳米管的制备方法 | |
| CN113289658A (zh) | 一种BN负载TiO2-SrTiO3异质结光催化降解材料及制法 | |
| CN110801851B (zh) | 黑磷纳米片/硫化镉光催化固氮催化剂的制备方法和应用 | |
| CN115025788B (zh) | 一种TiO2/CeO2/In2S3异质结构及其制备方法与应用 | |
| CN114369942B (zh) | 一种碳纤维/二氧化钛光电型复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN113502596B (zh) | 一种自支撑MgTiO3纳米纤维化学战剂降解材料及其制备方法 | |
| Liu et al. | Ultra-long hierarchical bud-like branched TiO2 nanowire arrays for dye-sensitized solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yang Lei Inventor after: Liu Zhixin Inventor after: Liu Juhua Inventor after: Ma Junjie Inventor after: Song Yuxing Inventor before: Liu Juhua Inventor before: Ma Junjie Inventor before: Song Yuxing |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20201113 Address after: 1811, Jinhao building, 109 Fuyong section, Guangshen Road, Fenghuang community, Fuyong street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Hongtu Chuangjia Technology Co., Ltd Address before: 528500 fifth, No. 301 Jiangwan Road, Hecheng street, Gaoming District, Foshan, Guangdong, China, 78 Applicant before: FOSHAN TENGLI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211124 Address after: No. 298, Wenhua Road, Sijing Town, Songjiang District, Shanghai, 201600 Patentee after: Shanghai Xiaowei Microelectronics Technology Co.,Ltd. Address before: 518103 1811, Jinhao building, No. 109, Fuyong section, Guangshen Road, Fenghuang community, Fuyong street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Hongtu Chuangjia Technology Co., Ltd |