纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能的测试实验报告
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试汇编
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学教育年级、班级课程名称综合化学实验课件密码实验类型□验证□设计□综合实验时间 2016 年 4 月 19 日实验指导老师老师实验评分纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1.实验目的(1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点；(2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理；(3)学会评价电池性能的方法。
2.实验意义随着地球上矿物能源日趋枯竭及环境问题的出现，人们不断寻求新能源。
太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源所不可比拟的优点) 它取之不尽，用之不竭，而且分布广泛，价格低廉，使用安全，不会对环境构成任何污染) 将太阳能转换为电能是利用太阳能的一种重要形式) 在过去的十几年中，利用半导体光电化学电池替代常规固态光伏半导体太阳能电池来完成太阳能转换的潜在经济价值日益显现) 在众多的半导体材料中，TiO2以其独有的低廉、稳定的特点得到广泛的应用)辐射到地球表面的太阳光中，紫外光占4%，可见光占43%，N型半导体TiO2的带隙为3.2eV，吸收位于紫外区，对可见光的吸收较弱，为了增加对太阳光的利用率，人们把染料吸附在TiO2表面，借助染料对可见光的敏感效应，增加了整个染料敏化太阳能电池对太阳光的吸收率，由此构造了染料敏化太阳能电池-DSSC（dye-sensitized solar cell）电池。
3.文献综述与总结我国在染料敏化纳TiO2太阳能电池的研究中也取得了不少阶段性的成果。
2004年10月中国科学院等离子体物理研究所承担的大面积染料敏化纳米TIO:薄膜太阳电池研究项目取得了重大的突破性进展，建成了500W规模的小型示范电站，光电转化效率可以达到5%[1]。
2005年，孟庆波与陈立泉等合作，合成了一种新型的具有单碘离子输运特性的有机合成化合物固态电解质，研制的固态复合电解质纳米晶染料敏化太阳电池的光电转化效率达到了5.48%。
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能的测试实验报告
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范) 班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试实验类型□验证□设计□综合实验时间2016 年 4 月21 日实验指导老师李红老师实验评分纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1．实验目的(1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
(2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
(3)学会评价电池性能的方法。
2．实验意义能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。
目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池。
但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限（其光电转换效率的理论极限值为30%），限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。
1991 年，Gratzal等[1]将纳米多孔TiO2薄膜应用于一种新型的,基于光电化学过程的太阳电池-染料敏化纳米薄膜电池中，光电转换效率达到7.1%-7.9%，引起了世人的广泛关注。
随后，该小组[2]开发了光电能量转换效率达10-11%的DSSC，其光电流密度大于12 mA/cm2，。
目前，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%。
染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池在世界范围内已经成为了研究的热点。
DSSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势：(1) 寿命长：使用寿命可达15-20年；(2) 结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；(3) 制备电池耗能较少，能源回收周期短；(4) 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。
(5) 生产过程中无毒无污染；3．文献综述与总结蓝鼎等[3]采用溶胶2凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜。
结果表明：以磁控溅射薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能一般优于溶胶-凝胶薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能，利用单层纳米粉可以实现效率较高的太阳电池。
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能的测试实验报告
华南师X 大学实验报告学生XX 学号专业化学(师X) 班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试实验类型□验证□设计□综合实验时间2016年4月21日实验指导老师李红老师实验评分纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1．实验目的(1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
(2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
(3)学会评价电池性能的方法。
2．实验意义能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。
目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池。
但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限（其光电转换效率的理论极限值为30%），限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。
1991 年，Gratzal等[1]将纳米多孔TiO2薄膜应用于一种新型的,基于光电化学过程的太阳电池-染料敏化纳米薄膜电池中，光电转换效率达到7.1%-7.9%，引起了世人的广泛关注。
随后，该小组[2]开发了光电能量转换效率达10-11%的DSSC，其光电流密度大于12 mA/cm2，。
目前，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%。
染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池在世界X 围内已经成为了研究的热点。
DSSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势：(1) 寿命长：使用寿命可达15-20年；(2) 结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；(3) 制备电池耗能较少，能源回收周期短；(4) 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。
(5) 生产过程中无毒无污染；3．文献综述与总结蓝鼎等[3]采用溶胶2凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜。
结果表明：以磁控溅射薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能一般优于溶胶-凝胶薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能，利用单层纳米粉可以实现效率较高的太阳电池。
tio2的实验报告
纳米TiO2的制备及其光催化性能的检验实验报告一、实验目的：1、了解纳米TiO2的性质及应用。
2、掌握制备纳米TiO2的原理和方法，并比较不同方法的优缺点。
3、掌握检验纳米TiO2光催化性能的一般方法。
4、掌握离心机、分光光度计等仪器的使用方法。
二、性质：（1）基本化学性质：纳米TiO2化学性能稳定,常温下几乎不与其它化合物反应,不溶于水、稀酸,溶于氢氟酸和热浓硫酸。
不与空气中CO2 ,SO2 ,O2等反应,具有生物惰性。
纳米TiO2具有热稳定性,无毒性。
与硫酸氢钾或与氢氧化碱或碳酸碱共同熔融成钛酸碱后可溶于水。
相对密度约4.0。
熔点1855℃。
（2）光催化：纳米TiO2是一种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,金红石型为3.0eV,当它吸收了波长小于或等于387.5nm 的光子后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,吸附在TiO2表面的氧俘获电子形成•O2-,而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的•OH,反应生成的原子氧、氢氧自由基都有很强的化学活性, 氧化降解大多数有机污染物,同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时起作用,对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度有所不同。
这些原子氧、氢氧自由基和空穴还能与细菌内的有机物反应,生成CO2、H2O 及一些简单的无机物,从而杀死细菌,清除恶臭和油污。
此外,半导体表面产生的高活性电子具有很强的还原能力,电子受体可直接接受光生电子而被还原, 故也可用来还原去除环境中的某些特定污染物,如: Cu2+等有毒离子。
另外,光催化效率与激发态电子、空穴到达表面的时间有关, 纳米TiO2粒子作为光催化剂, 其粒径越小,电子、空穴到达反应表面的数量越多,光催化效率越高但是,由于TiO2本身禁带宽, 产生的电子-空穴对不仅极易复合而且寿命较短, 光响应范围较窄, 使光催化活性受到了一定的限制,且利用的光谱范围受到一定的限制。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
南京信息工程大学综合化学实验报告学院：环境科学与工程学院专业：08应用化学姓名：章翔宇潘婷袁成钱勇2010年6月25号纳米二氧化钛的制备及性质实验1、实验目的熟悉溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的方法及相关操作；理解二氧化钛吸附实验的原理和操作；掌握数据处理的方法2、溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛2.1 需要的仪器恒压漏斗、茄行烧瓶、量筒、移液管、铁架台、磁力搅拌、磁子、冷凝管、温度计、烘箱、研钵2.2 需要的试剂钛酸丁酯异丙醇浓硝酸蒸馏水2.3 实验步骤1.50ml钛酸丁酯溶16ml的异丙醇中，摇匀（在恒压漏斗中进行）得到溶液A2.取200ml 的蒸馏水，加入0.32 ml 的浓硝酸，摇匀（在茄行烧瓶中进行），得到溶液B3.将烧瓶固定在铁架台上，进行磁力搅拌，将溶液A 逐滴滴加至溶液B中，使两溶液缓慢接触，并进行水解反应，得到溶液C溶液C室温回流，记载下当时的室温4.回流分若干天进行，保证回流时间不少于48小时，得到溶液D5.蒸干方式：将溶液D进行水浴加热85度并不断搅拌将水分蒸发干，得E6.将E放入烘箱100烘干7.研磨至粉末状；2.4 实验结果1、回流分4天进行，总计回流时间50小时，室温为15℃。
2、经研磨，得到白色细粉末状固体。
称量得二氧化钛质量为11.233g,理论产量不小于11.785g，损失为产品转移过程中损失。
3、纳米二氧化钛性质实验3.1 二氧化钛吸附试验1、仪器：烧杯（500mL），容量瓶（1000mL），样品瓶（6个），电子天平，磨口瓶，超声波清洗机，玻璃注射器，过滤器，分光光度计2、试剂：二氧化钛粉末，染料X-3B（分子量615），蒸馏水3、实验步骤：1、用电子天平称取60mg染料，配成1000mL的60mg/L溶液（避光保存）。
2、将烧杯润洗后，倒入100ml染料溶液，再倒入称量好的50mg的二氧化钛粉末。
静置后置于超声波清洗机中（70℃超声40分钟，注意避光）。
剩余原液取样保存编号。
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备与光电性能测试实验报告
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试一、实验目的1.了解染料敏化纳米TiO2太阳能电池的工作原理及性能特点。
2.掌握合成纳米TiO2溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法以及电池的组装方法。
3.掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。
二、实验原理一、DSSC结构和工作原理DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。
其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。
DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。
注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。
处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。
但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。
整个反应过程可用如下表示:(l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D*(2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e-(3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D(4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I-(5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D(6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I-其中，反应(5)的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高；反应(6)是造成电流损失的主要原因。
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试实验报告资料
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试一、实验目的太阳能电池的工作原理及性能特点。
1.了解染料敏化纳米TiO22.掌握合成纳米TiO溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法2以及电池的组装方法。
3.掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。
二、实验原理一、DSSC结构和工作原理DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。
其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。
DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。
注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。
处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。
但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。
整个反应过程可用如下表示:(l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D*(2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e-(3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D(4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I-(5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D(6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I-其中，反应(5)的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高；反应(6)是造成电流损失的主要原因。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验纳⽶⼆氧化钛的制备及性质实验⼀、实验⽬的1、了解TiO2纳⽶材料制备的⽅法。
2、掌握⽤溶胶-凝胶法制备TiO2纳⽶材料的原理和过程。
3、掌握纳⽶材料的标准⼿段和分析⽅法。
⼆、实验背景实验前⼀个星期，本⼈通过查阅相关资料及⽂献了解到，纳⽶粉体是指颗粒粒径介于1～100 nm之间的粒⼦，由于颗粒尺⼨的微细化，使得纳⽶粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相⽐，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等⽅⾯表现出奇异的性能。
纳⽶TiO2粉体是⼀种重要的⽆机功能材料，纳⽶TiO2粉体⽆毒，氧化能⼒强，是优良的光催化剂、传感器的⽓敏元件、催化剂载体或吸附剂，也是功能陶瓷、⾼级涂料的重要原料，热稳定性好且原材料⼴泛易得，它有三种晶型:板钛矿、锐钛型和⾦红⽯型。
在多相光催化体系中，由于纳⽶⼆氧化钛粉体与污染物有更⼤的接触⾯积，体系中⼆氧化钛表现出更⾼的光催化活性。
⼆氧化钛纳⽶材料的制备⽅法分为：物理法和化学法。
物理法是最早采⽤的纳⽶材料制备⽅法，其⽅法采⽤⾼能消耗的⽅式，“强制”材料“细化”得到纳⽶材料。
且常⽤有构筑法（⽓相沉积法等）和粉碎法（⾼能球磨法等）。
物理法制备纳⽶材料的优点是产品纯度⾼，缺点是产量低、设备投⼊⼤。
⽽化学法采⽤化学合成的⽅法，合成制备纳⽶材料。
例如，沉淀法、化学⽓相凝聚法、⽔热法、溶胶-凝胶法、热解法和还原法等。
TiO2纳⽶材料的制备⽅法分为：⽓相法、液相法和固相法[1]。
⽬前制备TiO2纳⽶材料应⽤最⼴泛的⽅法是各种前驱体的液相合成法，这种⽅法优点是：原料来源⼴泛、成本较低、设备简单、便于⼤规模⽣产，但是产品的均匀性差，在⼲燥和煅烧过程中易发⽣团聚。
当前实际中应⽤最普遍的液相制备法主要有：液相沉淀法、溶胶-凝胶法、⽔热法和⽔解法。
本次实验将使⽤溶胶-凝胶法。
三、实验原理（1）纳⽶TiO2的制备溶胶-凝胶法胶体是⼀种分散相粒径很⼩的分散体系，分散相粒⼦的重⼒可以忽略，粒⼦之间的相互作⽤主要是短程作⽤⼒。
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能的测试实验报告汇编
华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范) 班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试实验类型□验证□设计□综合实验时间2016 年 4 月21 日实验指导老师李红老师实验评分纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1．实验目的(1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
(2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
(3)学会评价电池性能的方法。
2．实验意义能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。
目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池。
但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限（其光电转换效率的理论极限值为30%），限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。
1991 年，Gratzal等[1]将纳米多孔TiO2薄膜应用于一种新型的,基于光电化学过程的太阳电池-染料敏化纳米薄膜电池中，光电转换效率达到7.1%-7.9%，引起了世人的广泛关注。
随后，该小组[2]开发了光电能量转换效率达10-11%的DSSC，其光电流密度大于12 mA/cm2，。
目前，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%。
染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池在世界范围内已经成为了研究的热点。
DSSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势：(1) 寿命长：使用寿命可达15-20年；(2) 结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；(3) 制备电池耗能较少，能源回收周期短；(4) 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。
(5) 生产过程中无毒无污染；3．文献综述与总结蓝鼎等[3]采用溶胶2凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜。
结果表明：以磁控溅射薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能一般优于溶胶-凝胶薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能，利用单层纳米粉可以实现效率较高的太阳电池。
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试实验报告
纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1.1实验目的（1）了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
（2）掌握合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
（3）学会评价电池性能的方法。
1.2实验意义随着世界各国的工业发展，煤、石油等传统能源的使用量急剧增长，寻找干净的新能源成为当务之急。
太阳能是唯一种永不枯竭的清洁能源，受到众多研究者的青睐。
目前市场上的太阳能电池种类较多，其中硅半导体太阳能电池占了绝对的优势，另外还有无机半导体太阳能电池、p-n结型太阳能电池等。
1991年Gratzel等制备了TiO2太阳能电池，把多吡啶钌配合物吸附在多孔膜上，制作成染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池，简称DSSC。
该太阳能电池的光电转换效率大于10%，且具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。
只要有太阳光，DSSC就可以一次投资而长期使用。
1.3文献综述与总结1991年瑞士学者Grätzel等在Nature上发表文章,提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米薄膜为光阳极的光伏电池，现称为Grätzel型电池。
这种电池的出现为光电化学电池的发展带来了革命性的创新。
目前，此种电池的效率已稳定在10%左右，成本比硅太阳能电池大为降低，且性能稳定。
纳米TiO2的粒径和膜的微结构对光电性能的影响很大，纳米TiO2的粒径小，比表面积越大，吸附能力越强，吸附染料分子越多，光生电流也就越强，所以人们采用不同方法使之纳米化、多孔化、薄膜化。
只有紧密吸附在半导体表面的单层染料分子才能产生有效的敏化效率。
[1]（1）半导体电极的制备目前，合成纳米TiO2的方法有溶胶凝胶法、水热反应法、溅射法、醇盐水解法、溅射沉积法、等离子喷涂法和丝网印刷法等。
应用在DSSC中的TiO2多孔薄膜常用制备方法有胶体涂膜直接低温烧结法、水热法烧结、热液法烧结、微波烧结、紫外-化学气相沉积法等。
[1]溶胶凝胶法是用水解钛酸正丁酷(或无机钛盐，如TiCl4)制得TiO2胶体溶液，后经由浸渍、提拉、丝网印刷、旋涂等方法在导电基底上生长纳米高温锻烧制备出纳米TiO2电极，向溶胶中加入聚合物则有助于TiO2纳米晶粒径的大小的控制。
纳米二氧化钛的制备及性质实验
（2）光降解实验
标准曲线的制作：
（1）最大吸收波长
取0.005g/100mL的溶液于比色皿中，以蒸馏水为参比，从500nm-700nm范围内每隔50nm，测吸光度，在最大吸收波长周围以10nm为间隔重新扫描，寻找最大吸收波长。
液，最后直接加热，仍然会生成溶胶，只不过由于受热不均匀，水解速率不一而出现了大量气孔。这说明转速和滴速对溶胶的生成影响很小，加入适当试剂使钛酸正丁酯缓慢水解才是至关重要的。
2.亚甲基蓝的催化光解
得此浓度亚甲基蓝最大吸收波长为615nm,并制作标准曲线:
质量浓度mg/L
1
2
3
4
5
吸光度
0.056
0.145
五、实验仪器
量筒、烧杯、磁力搅拌器、电子天平、电热炉、马弗炉、移液枪、离心机、分光光度计等
六、实验过程
实验开始的第一天，早上八点左右进入实验室，取完所需要的实验器材，我便开始了实验。首先我严格按照上述所设计的流程配置了A液，A液在完全无水（除空气中的水汽外）的情况下配置，为淡黄色液体，未见浑浊。然后我配置了B液，与设计不同的是，调节酸性时，我认为盐酸与硫酸对于实验没有太大区别，于是选用6mol/L的硫酸调节B液pH小于3，最后待A、B液搅拌均匀后，在室温水浴下，我缓慢的将A液滴加入B液，一开始剂量比较小，混合液依然澄清，但刚刚滴加两试管后，混合液便出现白色浑浊，表明钛酸正丁酯已然水解成了颗粒较大的乳浊液，实验失败。于是我开始思考，到底是哪出了问题？滴加速率过快吗？还是搅拌不均匀？于是我又做了一次尝试，这次我加大了转速，放慢了滴加速率，但不幸的是，得到的结果还是失败的。到了下午，在老师的提醒下，我意识到，问题可能出在调节B液pH所用的酸上，硫酸根的作用可能对Ti(OR)4的水解产生了影响。于是我改用了浓盐酸进行调节，其余流程不变，终于得到了凝胶。历经一整天时间，失败了两次，我最终将凝胶制备了出来，坚持取得了胜利。之后，我将凝胶放置在电热炉里，让其烘干12小时以上。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
其原理是将金属有机化合物或金属无机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。
随后，通过加入适量的催化剂或掺杂剂，将溶胶凝胶化成胶体颗粒，最终形成纳米二氧化钛材料。
该方法制备的纳米二氧化钛颗粒尺寸均匀，形貌好，适用于大面积薄膜的制备。
2. 水热法3. 气相沉积法气相沉积法是利用金属有机化合物或金属无机盐在高温条件下分解成金属原子或金属离子，再在衬底表面沉积成膜的一种方法。
通过控制气相反应的物理条件，如温度、压强、流速等参数，可以实现对纳米二氧化钛薄膜的可控制备。
该方法制备的纳米二氧化钛薄膜薄，适用于光电器件的制备。
以上介绍了几种常用的纳米二氧化钛制备方法，各有优劣。
在实际应用中，可根据具体要求选择合适的制备方法，以实现对纳米二氧化钛材料的可控制备。
二、纳米二氧化钛的光催化性能研究纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，主要是由于其带隙能宽（3.2eV）和能带结构的特殊性质所致。
在紫外光照射下，纳米二氧化钛表面产生电子-空穴对，在存在氧分子的情况下，电子和空穴可分别参与氧分子的还原和氧分子的氧化反应，从而实现对有机废水中有机物的降解，达到净化水质的目的。
由于纳米二氧化钛具有良好的稳定性和可再生性，因此在环境治理方面具有巨大潜力。
针对纳米二氧化钛的光催化性能研究，研究者们主要通过调控纳米二氧化钛的晶型、晶粒大小、表面形貌等因素，以提高其光催化活性。
通过掺杂其他金属离子或非金属元素，可以调控纳米二氧化钛的带隙能宽，提高其可见光吸收率，从而提高光催化活性；通过合成纳米二氧化钛的不同形貌，如纳米棒、纳米粒等，可以增加其光催化活性表面积，改善光催化反应速率。
以上研究为纳米二氧化钛的光催化性能提供了理论和实验基础，为纳米二氧化钛的实际环境治理应用奠定了基础。
除了光催化性能外，纳米二氧化钛还具有良好的光电性能，因此在光电器件领域也备受关注。
纳米TiO2的实验报告
纳⽶TiO2的实验报告纳⽶TiO2的制备及其催化性能的测定实验报告院系：化学化⼯学院⼀、实验⽬的1.了解纳⽶TiO2的基本性质；2.充分了解纳⽶TiO2的制备⽅法；3.学会⽤溶胶凝胶法制备纳⽶TiO2；4.知道纳⽶TiO2的实际应⽤；5.在实验中充分了解其应⽤价值；6.了解纳⽶TiO2光催化的机理，以及其光催化在实际中的应⽤。
⼆、实验原理（1）纳⽶TiO2的制备原理胶体（colloid）是⼀种分散相粒径很⼩的分散体系，分散相粒⼦的重⼒可以忽略，粒⼦之间的相互作⽤主要是短程作⽤⼒。
溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒⼦是固体或者⼤分⼦，分散的粒⼦⼤⼩在1～1000nm之间。
凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的⽹状⾻架，⾻架空隙中充有液体或⽓体，凝胶中分散相的含量很低，⼀般在1％～3％之间。
钛酸四丁脂在酸性条件下，⽔解产物为含钛离⼦溶胶Ti（O-C4H9）4+4H2O→Ti（OH）4+4C4H9OH含钛离⼦溶液中钛离⼦通常与其它离⼦相互作⽤形成复杂的⽹状基团，最后形成稳定凝胶Ti（OH）4+ Ti（O-C4H9）4→2TiO2+4C4H9OHTi（OH）4+ Ti（OH）4→TiO2+4H2O（2）纳⽶TiO2的光催化原理①当能量⼤于3.0——3.2eV禁带宽度的光照射TiO2时，光激发电⼦跃迁到导带，形成导带电⼦，同时在价带留下空⽳。
由于半导体能带的不连续性，电⼦和空⽳的寿命较长，它们能够在电场作⽤下或通过扩散的⽅式运动，与吸附在半导体催化剂粒⼦表⾯上的物质发⽣氧化还原反应，或者被表⾯晶格缺陷俘获。
空⽳和电⼦在催化剂粒⼦内部或表⾯也可能直接复合。
Ishibashi和Fujishima(2000)等通过测定反应过程中HO·和空⽳的量⼦产率来推测它们在反应中所起的作⽤，结果发现空⽳是光催化反应的主要物质。
②对于染料类化合物，还存在由可见光激发⽽降解的途径：在可见光的照射下，染料化合物吸收光⼦形成激发单重态(1dye*)或激发三重态(3dye*)，激发态的染料分⼦能够向TiO2导带注⼊⼀个电⼦⽽⾃⾝⽣成正碳⾃由基。
纳米二氧化钛的制备
纳米二氧化钛的制备及其光催化活性评价一、实验目的3、了解纳米半导体材料的性质。
4、了解纳米半导体光催化的原理。
二、实验原理二氧化钛，化学式为，俗称钛白粉。
多用于光触媒、化装品，能靠紫外线消毒及杀菌。
以纳米级为代表的具有光催化功能的光半导体材料，因其颗粒细小、比外表积大而具有常规材料所不具备的优点，以及较高的光催化活性、高效的光点转化性能等，在抗菌除雾、空气净化、废水处理、化学合成及燃料敏化太阳能电池等方面显出广阔的应用前景。
1、纳米二氧化钛的制备溶胶凝胶法中，反响物为水、钛酸四丁酯，分相介质为乙醇，冰醋酸可调节体系的酸度防止钛离子水解过度，使钛酸四丁酯在无水乙醇中水解生成，脱水后即可得到。
在后续的热处理过程中，只要控制适当的温度条件和反响时间，就可以得到二氧化钛。
在以乙醇为溶剂，钛酸四丁酯和水发生不同程度的水解反响，钛酸四丁酯在酸性条件下，在乙醇介质中水解反响是分步进行的。
一般认为，在含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团。
上述溶胶体系静置一段时间后，由于发生胶凝作用，最后形成稳定的凝胶。
此过程中涉及的反响为：2、光催化活性评价光触媒在光照条件下〔可以是不同波长的光照)所起到的催化作用的化学反响，通称为光反响。
光催化一般是多种相态之间的催化反响。
本次试验是进行紫外光催化活性评价，分别通过测量在亚甲基蓝和甲基橙中，反响前后的溶液的吸光度的变化算出降解率来评价制备的二氧化钛的活性。
三、实验仪器与试剂仪器：磁力搅拌器，搅拌磁子，水浴锅，PH试纸，胶头滴管，量筒，玻璃棒，烧杯，坩埚，石棉网，电炉，真空枯燥箱，量杯，充气管，自制紫外灯光催化装置，离心机。
试剂：亚甲基蓝，甲基橙，盐酸，冰醋酸，钛酸丁酯，四氯化钛，硫酸氧钛，纳米二氧化钛，无水乙醇。
四、实验步骤〔1〕二氧化钛的制备1、室温下取10ml钛酸丁酯，缓慢滴入到35ml无水乙醇中，用磁力搅拌器强力搅拌10min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试实验报告
天然染料敏化TiO2太阳能电池的制备及光电性能测试一、实验目的太阳能电池的工作原理及性能特点。
1.了解染料敏化纳米TiO22.掌握合成纳米TiO溶胶的方法、染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法2以及电池的组装方法。
3.掌握评价染料敏化太阳能电池性能的方法。
二、实验原理一、DSSC结构和工作原理DSSC结构：染料敏化太阳能电池的结构是一种“三明治”结构, 如图1所示，主要由以下几个部分组成: 导电玻璃、染料光敏化剂、多孔结构的TiO2半导体纳米晶薄膜、电解质和铂电极。
其中吸附了染料的半导体纳米晶薄膜称为光阳极，铂电极叫做对电极或光阴极。
DSSC电池的工作原理：电池中的TiO2禁带宽度为3.2 eV，只能吸收紫外区域的太阳光，可见光不能将它激发，于是在TiO2膜表面覆盖一层染料光敏剂来吸收更宽的可见光，当太阳光照射在染料上，染料分子中的电子受激发跃迁至激发态，由于激发态不稳定，并且染料与TiO2薄膜接触，电子于是注入到TiO2导带中，此时染料分子自身变为氧化态。
注入到TiO2导带中的电子进入导带底，最终通过外电路流向对电极，形成光电流。
处于氧化态的染料分子在阳极被电解质溶液中的I-还原为基态，电解质中的I3-被从阴极进入的电子还原成I-，这样就完成一个光电化学反应循环。
但是反应过程中，若电解质溶液中的I-在光阳极上被TiO2导带中的电子还原，则外电路中的电子将减少，这就是类似硅电池中的“暗电流”。
整个反应过程可用如下表示:(l) 染料D受激发由基态跃迁到激发态D*： D + hv→ D*(2) 激发态染料分子将电子注入到半导体导带中：D*→ D+ + e-(3) I-还原氧化态染料分子：3I- + 2D+→ I3- + 2D(4) I3-扩散到对电极上得到电子使I-再生：I3- +2e- → 3I-(5) 氧化态染料与导带中的电子复合：D+ + e- → D(6) 半导体多孔膜中的电子与进入多孔膜中I3-复合：I3- +2e-→ 3I-其中，反应(5)的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高；反应(6)是造成电流损失的主要原因。
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华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学(师范) 班级12化教五班课程名称化学综合实验实验项目纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试实验类型□验证□设计□综合实验时间2016 年 4 月21 日实验指导老师李红老师实验评分纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试一、前言1．实验目的(1)了解纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池的组成、工作原理及性能特点。
(2)掌握实合成纳米二氧化钛溶胶、组装成电池的方法与原理。
(3)学会评价电池性能的方法。
2．实验意义能源问题是制约目前世界经济发展的首要问题，太阳能作为一种取之不尽用之不竭无污染洁净的天然绿色能源而成为最有希望的能源之一。
目前研究和应用最广泛的太阳能电池主要是硅系太阳能电池。
但硅系电池原料成本高、生产工艺复杂、效率提高潜力有限（其光电转换效率的理论极限值为30%），限制了其民用化，急需开发低成本的太阳能电池。
1991 年，Gratzal等[1]将纳米多孔TiO2薄膜应用于一种新型的,基于光电化学过程的太阳电池-染料敏化纳米薄膜电池中，光电转换效率达到7.1%-7.9%，引起了世人的广泛关注。
随后，该小组[2]开发了光电能量转换效率达10-11%的DSSC，其光电流密度大于12 mA/cm2，。
目前，染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池的光电转换效率已达到了11.18%。
染料敏化纳米二氧化钛太阳能电池在世界范围内已经成为了研究的热点。
DSSC与传统的太阳电池相比有以下一些优势：(1) 寿命长：使用寿命可达15-20年；(2) 结构简单、易于制造，生产工艺简单，易于大规模工业化生产；(3) 制备电池耗能较少，能源回收周期短；(4) 生产成本较低，仅为硅太阳能电池的1/5～1/10，预计每蜂瓦的电池的成本在10元以内。
(5) 生产过程中无毒无污染；3．文献综述与总结蓝鼎等[3]采用溶胶2凝胶、浆体涂敷、磁控溅射等方法制备了二氧化钛单层以及多层膜。
结果表明：以磁控溅射薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能一般优于溶胶-凝胶薄膜为基底制备的复合膜太阳电池性能，利用单层纳米粉可以实现效率较高的太阳电池。
王瑞斌等[4]提出：控制热处理温度,可得到不同粒径和不同晶相比例的纳米TiO2,这对染料敏化纳米薄膜电池的光电转换效率影响很大。
这是因为不同性能的纳米TiO2薄膜对染料的吸收程度不同,从而导致纳米TiO2膜对光的吸收、透过、反射性能也不同。
而且，纳米TiO2薄膜的不同性能对载流子的传输有较大影响,合适的纳米TiO2膜可以有效地减少载流子复合,这些因素都将最终影响到太阳电池的光电转换效率。
黄娟茹等[5]在概述染料敏化太阳能电池工作原理基础上, 着重分析电池光阳极TiO2薄膜的特性,并指出该薄膜在电池中所起的作用:负载染料、收集光生电子、分离电荷和传输光生电子;继而从表面修饰、离子掺杂、量子点敏化、制备复合薄膜、设计微观有序空间结构、设计核壳结构以及多手段共改性等方面对TiO2薄膜改性手段进行综述, 并详细分析改性手段优化染料敏化太阳能电池性能的原因。
作者认为应把优化光阳极TiO2薄膜制备工艺及探讨薄膜接触面工作机理等作为今后的研究重点。
二、实验部分1．实验原理（1）DSSC结构和工作原理它由导电玻璃、吸附染料的纳米晶TiO2薄膜、两极间的电解质（常用I-/I3-）和镀铂导电玻璃对电极组成的夹心状电池。
其工作原理同自然界的光合作用一样，通过有效的光吸收和电荷分离而把光能转变为电能。
由于TiO2的禁带宽度较大（3.2eV），可见光不能将其直接激发；在其表面吸附一层染料敏化剂后，染料分子可以吸收太阳光而产生电子跃迁。
由于染料的激发态能级高于TiO2的导带，电子可以快速注入到TiO2导带，进而富集到导电玻璃片上，并通过外电路流向对电极，形成电流。
处于氧化钛的染料分子则通过电解质溶液中的电子给体扩散至对电极，在电极表面被还原，从而完成一个光电化学反应循环。
整个光电化学反应过程如下。
①敏化剂（S）吸收光能激发，激发态的敏化剂（S）向TiO2导带注入电子而成为氧化态的敏化剂（S+），反应式为：S→S·→S++TiO2(e)②氧化态敏化剂被还原性物质（R）还原，反应式为：S++R→S+O③被氧化生成的氧化型物质（O）在阴极上再还原成还原型物质，参加下一循环的反应，反应式为：O+ne→R对于上面所述的DSSC，以下4种因素会影响DSSC光电流的产生；①TiO2导带上的电子向溶液中的氧化还原电对转移产生暗电流；②TiO2导带中的电子也可能与半导体表面的敏化剂分子复合；③激发态的染料敏化剂分子可能通过内部转移回到基态；④TiO2中的电子可能会在TiO2晶体内部或界面复合。
电解质溶液中通常含有I3-/I-、(SCN)2-/SCN-、[Fe(CN)6]3-/[ Fe(CN)6]4-等氧化还原电对，目的是参加电子在电极和电解质间交换与传递功能。
对电极常用Pt、Au等金属材料或镀上贵金属的导电玻璃。
（2）TiO2纳米多空薄膜的合成TiO2是一种低廉、无毒、稳定且抗腐蚀性能良好的半导体材料。
其合成方法主要有溶剂凝胶法、水热反应法、溅射法、阳极氧化法等。
本实验主要使用溶胶凝胶法合成TiO2溶胶，然后用浸泡提拉法修饰到导电玻璃上。
（3）染料敏化剂的特点①能紧密吸附在TiO2表面，要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团；②对可见光的吸收性能好，在整个太阳光光谱范围内都应有较强的吸收；③染料分子应该具有比电解质中的氧化还原电对更正的氧化还原电势；④染料在长期光照下具有良好的化学稳定性，能够完成108次循环反应；⑤染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性；⑥激发态能级与TiO2导带能级匹配，激发态的能级高于TiO2导带能级，保证电子的快速注入；⑦染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。
2．仪器与药品（1）主要仪器可控强度调光仪、紫外可见分光光度计、超声波清洗器、数显恒温水浴锅、万用电表、电动搅拌器、马弗炉、红外线灯、研钵、导电玻璃（4块）、比色皿、锡纸、生料带、三口烧瓶、分液漏斗、抽滤瓶、烧杯、镊子等。
（2）主要试剂钛酸四丁酯[Ti(O-Bu)4]、异丙醇、硝酸、无水乙醇、乙二醇、碘、丙酮、石油醚、黄花瓣、绿叶、去离子水。
3．实验步骤（1）TiO2溶胶的制备在无水装置中，将5mL钛酸四丁酯加入含2mL异丙醇的分液漏斗中，将混合液充分震荡后缓慢滴入60~70℃水浴恒温且含1mL浓硝酸和100mL去离子水的三口烧瓶中，打开电动搅拌仪，直至获得透明的TiO2溶胶。
（2）TiO2电极制备将导电玻璃经无水乙醇、去离子水冲洗、干燥后，将其插入溶胶中浸泡提拉，直至形成均匀液膜，取出平置、自然晾干后，在红外灯下烘干，即制得TiO2修饰电极。
最后在450℃左右下热处理30min即得锐钛矿TiO2修饰电极。
（3）叶绿素的提取采集新鲜幼叶，洗净、晾干、去主脉，剪碎，放入研钵中加入少量石油醚充分研磨，然后转入烧杯中，再加入约20mL石油醚，超声波提取15min后过滤，弃去滤液。
将滤渣自然风干后转入研钵中，再以同样的方法用20mL丙酮提取，过滤后收集滤液，即得到去除叶黄素的叶绿素丙酮溶液。
（4）叶黄素的提取将新鲜黄花瓣剪碎，加少许提取液（乙醇60%+石油醚40%）研磨，超声波提取15min，过滤，将滤液用乙醇定容至20mL。
（5）敏化TiO2电极的制备将经热处理的2片TiO2电极冷却至80℃左右，分别浸入叶绿素丙酮溶液和叶黄素乙醇溶液中，浸泡3h后取出、清洗、晾干，即获得叶绿素和叶黄素敏化TiO2电极，然后用锡纸引出导电基，并用生料带外封。
（6）敏化剂的UV-Vis吸收光谱以去离子水做空白，测定叶绿素和叶绿素的可见光吸收。
由此确定这些染料敏化剂电子吸收的波长范围。
（7）DSSC的光电流谱以敏化剂/TiO2为光阳极，导电玻璃为阴极，组装电池，并分别测定I3-/I-电对存在时不同波长下DSSC产生的电压，分析光电响应的波长区间。
4．实验现象与结果（1）实验现象表1 实验现象记录表（2）实验结果①实验数据记录表2 敏化剂的UV-Vis吸收度与DSSC的开路电压数值表②实验数据处理 A.吸光度数据处理图1 染料敏化剂叶绿素和叶黄素的UV-Vis 吸收曲线由图1可知，叶绿素和叶黄素在紫外光区和可见光区间都有吸收，叶绿素在紫外光区（320-350nm ）和叶黄素在紫外光区（320-380nm ）和可见光区有较强吸收。
叶绿素在紫外光区波长为320nm 时吸收最强，500nm 之后吸收很弱。
叶黄素在紫外光区波长为350nm 时吸收最强，500nm 之后吸收很弱。
无论是叶黄素还是叶绿素，它们都在其他的波长处吸光度有不同的波动，但这都不影响对于其最大吸收波长的影响。
研究发现，可见光不能将TiO 2直接激发，而在表面涂上叶绿素和叶黄素后，可以敏华TiO 2电极，让电极对部分可见光吸收。
由图还可知，在紫外光区（320-380nm ）叶绿素和叶黄素有各自最强吸收，而在可见光区叶绿素的吸光度基本强于叶黄素，说明在紫外光区叶绿素和叶黄素要具体分析，而可见光区叶绿素的敏化效果更好。
B.开路电压的数据处理吸光度A波长λ (nm)图2 叶绿素和叶黄素敏化剂的开路电压由图2可知，叶绿素在敏化电极所对应的开路电压随波长的增加而增加，在波长320nm-350nm 处，开路电压从30.0mV 迅速增加到85.1mV ，增加幅度大，350nm 之后增加幅度呈平稳缓慢上升状。
叶黄素在敏化电极所对应的开路电压在波长320nm-450nm 处随波长的增加而缓慢增加，在波长450nm 处，开路电压最强；在波长450nm 后，随着波长的增加，开路电压曲线波动较大，但总体趋于减小。
由于叶绿素的敏化电极的开路电压比叶黄素敏化电极的开路电压大，所以叶绿素敏化电极的光电转换效率较高。
300350400450500550600650102030405060708090100110开路电压V (m V )波长λ (nm)三、结果与讨论TiO2薄膜属于宽禁带半导体，只能吸收387nm以下的光，不能吸收太阳光中占大部分的可见光,捕获太阳光的能力非常差。
采用染料敏化方法制备的光电化学太阳能电池,不但可以克服半导体本身只吸收紫外光的缺点，使得电池对可见光谱的吸收大大增加,并且可通过改变染料的种类得到理想的光电化学太阳能电池。
染料敏化剂的作用就是吸收可见光，将电子注入半导体，并从电解质中接受电子,重新还原,整个过程不断循环。
由图1可知，在可见光区叶绿素的吸光度基本强于叶黄素，说明叶绿素的敏化效果更好。
由图2可知，叶绿素的敏化电极的开路电压比叶黄素敏化电极的开路电压大，所以叶绿素敏化电极的光电转换效率较高。
在图中可以看到叶绿素的电压比叶黄素的要大，这与叶黄素和叶绿素的吸收光能力有关，叶黄素的吸收可见光的能力比叶绿素要弱，因此电压比叶绿素低。