水熱法製備TiO2和ZnO納米花光陽極的方法與流程

2023-10-23 13:20:27

本發明涉及功能材料技術領域，具體涉及一種水熱法製備TiO2和ZnO納米花光陽極的方法。

背景技術：

全球經濟的發展和人口的不斷增長，能源、環境和人口的矛盾日益突出，綠色可再生能源成為可持續發展亟待解決的問題，目前最具潛力的新能源是太陽能。其中染料敏化太陽能電池(DSSC)以其較低的製備成本和靈活的生產方法得到廣泛的關注。

在染料敏化電池中，光陽極在光能轉化成電能的過程中起著至關重要的作用，目前使用較多的光陽極材料是二氧化鈦。通常採用的介孔TiO2薄膜的電子傳輸受到晶界間陷阱的阻礙，複合機率較大；採用複合材料光陽極可以有效的降低複合機率。TiO2和ZnO複合光陽極的研究近期受到較多研究者的關注。ZnO與TiO2性質類似，ZnO的電子遷移率和電子擴散係數較高，這有利於提高光生電子的傳輸效率，同時降低電子的複合機率。研究表明，ZnO的製備方法、形貌對染料敏化電池的轉換效率有較大的影響。

近年來，ZnO製備方法有較大發展，常見的製備方法有等。其中水熱法由於其設備簡單、無催化劑生長、成本低、顆粒表面積大、無危害且有利於環境，因而得到了廣泛的應用與發展。

技術實現要素：

本發明旨在提出一種水熱法製備TiO2和ZnO納米花光陽極的方法。

本發明的技術方案在於：

水熱法製備TiO2和ZnO納米花光陽極的方法，包括如下步驟：

（1）襯底的製備

TiO2納米介孔結構薄膜作為襯底，薄膜厚度6μm，薄膜形貌為納米顆粒，直徑20nm，TiO2有效面積為0.6cm×0.6cm；分別用無水乙醇、去離子水清洗氧化鈦光陽極；

（2）ZnO納米花光陽極的製備

配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，攪拌後澄清，將兩種溶液混合併不斷攪拌直至混濁消失；將TiO2光陽極導電面向下斜靠在反應釜內襯中，防止溶液中顆粒沉積在氧化鈦表面影響ZnO 納米花的生長；把反應釜移入烤箱中，取出後自然冷卻，分別用無水乙醇、去離子水交替清洗ZnO納米花，以除去表面懸浮的顆粒物，形成TiO2/ZnO納米花複合薄膜光陽極。

所述的將反應釜移入烤箱中的溫度為95℃，反應時間為10h。

所述的Zn(CH3COO)2溶液的濃度為0.01mol/L。

所述的NaOH水溶液的濃度為0.7 -1.1mol/L。

所述的NaOH水溶液的濃度為0.8mol/L。

本發明的技術效果在於：

本發明採用水熱法在TiO2襯底上合成了ZnO納米花，構成TiO2和ZnO納米花複合薄膜光陽極。生成的ZnO 納米花直徑在200~500nm之間，長度在2~4。5μm。在NaOH溶度為0.8 mol/L時染料的吸收量最大。TiO2和ZnO納米花光陽極的染料敏化電池比傳統的TiO2電池在短路電流、開路電壓、填充因子、轉化效率都得到一定程度的提高，電子在光陽極與電解質界面複合減小，抑制暗反應進行；增加了電子的壽命；進而提高染料敏化太陽能電池的轉化效率。

具體實施方式

水熱法製備TiO2和ZnO納米花光陽極的方法，包括如下步驟：

（1）襯底的製備

TiO2納米介孔結構薄膜作為襯底，薄膜厚度6μm，薄膜形貌為納米顆粒，直徑20nm，TiO2有效面積為0.6cm×0.6cm；分別用無水乙醇、去離子水清洗氧化鈦光陽極；

（2）ZnO納米花光陽極的制

配置Zn(CH3COO)2和NaOH水溶液，攪拌後澄清，將兩種溶液混合併不斷攪拌直至混濁消失；將TiO2光陽極導電面向下斜靠在反應釜內襯中，防止溶液中顆粒沉積在氧化鈦表面影響ZnO 納米花的生長；把反應釜移入烤箱中，取出後自然冷卻，分別用無水乙醇、去離子水交替清洗ZnO納米花，以除去表面懸浮的顆粒物，形成TiO2/ZnO納米花複合薄膜光陽極。

其中，所述的將反應釜移入烤箱中的溫度為95℃，反應時間為10h。所述的Zn(CH3COO)2溶液的濃度為0.01mol/L。所述的NaOH水溶液的濃度為0.7 -1.1mol/L。所述的NaOH水溶液的濃度為0.8mol/L。

配置5×10-4mol/L乙醇溶液，把分別在0.7、0.8、0.9、1.0mol/L NaOH 溶度下製備的TiO2/ZnO納米花黑暗條件下浸染24h，取出用無水乙醇衝洗TiO2薄膜以除去表面游離的染料，80℃下乾燥15min。然後放入含有NaOH的乙醇水溶液中脫附，NaOH 起到脫附劑的作用，10min 後取出TiO2和ZnO薄膜，把溶液搖勻得到NaOH 乙醇水溶液。分別對該溶液測紫外可見光譜，找出512nm 下的吸光度，進而得到染料的吸收量。研究表明，在NaOH 溶度為0.8mol/L溶度下染料吸收量最大，說明該結構的比表面積更大，薄膜的轉化效率提高。