研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
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ISSN: 2321 - 6212
1气理工学院、部门(S & H Ongole, Prakasm,印度安得拉邦
2静冈市大学研究所的电子3-5-1 Johoku, Naka-ku,日本静冈县滨松
3研究所、物理及纳米技术、SRM大学Kattankulathur Kancheepuram,泰米尔纳德邦,印度
4SRM大学物理系纳米技术& Kattankulathur, Kancheepuram,泰米尔纳德邦,印度
收到的日期:08/05/2017;接受日期:24/05/2017;发布日期:30/05/2017
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000169
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锐钛矿二氧化钛nanosheets由湿化学法在Tripropylamine作为限制配体的存在。获得的样本以粉末x射线衍射、拉曼光谱、紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱学、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和高分辨率透射电子显微镜。生长机制的形成二氧化钛nanosheet已被调查。锐钛矿二氧化钛的光伏性能nanosheets被组装研究二氧化钛nanosheets色素增感太阳能电池的光电阳极(DSSCs)。实验,它表明的锐钛矿相二氧化钛nanosheet电影转换效率为3.25%。
Nanosheets、纳米材料、半导体
二氧化钛(TiO2)是一个广泛的研究了金属氧化物。当作为阳极材料染料敏化太阳能电池(DSSCs), TiO2提供更高的转换效率相比其他半导体材料(1- - - - - -5]。它最重要的优势是能够吸附更多的染料分子数量减少染料聚合(6- - - - - -13]。尽管TiO的转换效率2,是不够的。所以适当的纳米结构工程必须在DSSCs实现高转换效率。此外,这种策略也似乎能有效改善TiO的DSSCs2(14- - - - - -19]。杨等人合成锐钛矿TiO的单晶2以47%的高活性{0 0 1}方面利用氢氟酸(HF)作为覆盖剂在水热条件下(20.]。杨等人报道一种新的solvothermal方法使用丙胺作为协同覆盖剂和反应介质一起高频合成高质量的锐钛矿TiO2单晶nanosheets (SCNSs)以64%的{0 0 1}方面(21]。郭等人合成锐钛矿TiO2nanosheets用氢氟酸(HF)作为覆盖剂在水热条件下(22]。王等人代表组成的分层次结构领域超薄nanosheets采用水热法,取得了4.66%的能量转换效率没有任何TiCl4治疗(23]。幸运的是,最近发现的锐钛矿TiO2nanosheets (NSs)展示了转换效率高达8%24]。目的是获得增强光电阳极性能,许多研究在不同TiO的修改2执行(20.]。此外,在过去的几年里,越来越TiO的数量2nanosheet结构被合成和测试其他TiO的替代品2纳米结构以提高其光在DSSCs电转换效率与模板形状控制器。在我们之前的报道,茶被用来限制配体获得大小限制单分散的纳米粒子cd和PbS (25,26]。Hexamethylenetetramine被用来限制配体获得氧化锌nanosheets对染料敏化太阳能电池的特点27]。
在目前的工作,TiO2nanosheets被简单的湿化学合成方法使用tripropylamine (TPA)作为低温限制配体没有任何模板。此外,使用TiO阳极被成功伪造照片2nanosheets和细胞表现特征。
TiO的合成2nanosheets
所有化学品都和光化学物质(日本)和购买kouichi使用前未经纯化。0.5毫升tripropylamine (TPA)添加剧烈搅拌下缓慢40毫升乙醇。4毫升钛异丙醇盐(小费)然后添加剧烈搅拌下滴明智的父母解决方案。几分钟后得到白色沉淀。钛异丙醇盐的比率(提示),tripropylamine (TPA)和乙醇在上面的解决方案是4:0.5:40。反应在室温下持续了12 h。最后,沉淀用水洗了几次在100°C和干12 h,贴上S2。相同的制备过程又无上限的准备样品没有TPA贴上S1。
染料敏化太阳能电池制造
首先,TPA封顶TiO的2 g2nanosheets在50毫升乙醇分散,这种混合物在砂浆地面几分钟形成胶体悬浮液。然后,5滴triton-X被添加到解决方案作为一个有机粘结剂。氟掺杂氧化锡(FTO)基板用丙酮和乙醇超声清洗30分钟。TiO的2胶体溶液喷洒在FTO底物在衬底温度150°C的喷雾沉积方法。TPA封顶TiO2nanosheets涂布FTO基质(光电阳极)先后烧结在530°C 2 h。烧结FTO光电阳极与钌敏化[0.03 M di-tetrabutylammoniumcis-bis isothiocyanato bis (2, 2”-bipyridyl-4 4′-dicarboxylato)钌(II) (n - 719)在乙醇溶液。涂料的光电阳极和Pt-coated反电极夹使用剪辑。最后,基于碘的氧化还原电解质之间的电极通过毛细管作用。
测量技术
阶段识别是通过粉末x射线衍射,使用Rigaku x射线衍射仪和铜Ka辐射间隔为0.02°/ s的一步。拉曼光谱得到使用JASCO NR 1800拉曼分光光度计配备Nd: YAG激光。紫外可见吸收分析用日本岛津公司(日本)3100 PC分光光度计用乙醇为分散介质。傅里叶变换红外(FTIR)光谱获得JEOL JIR-WINSPEC 50光谱仪。样品的形态是通过透射电子显微镜观察(JEOL JEM 2100 f,日本)和场发射扫描电镜(FESEM, JEOL地产6320 f,日本)。Photocurrent-voltage测量进行下AM1.5 100 mW /厘米2模拟光辐照(日本)yss - 80 a)使用氙灯作为光源配备红外(IR)过滤器。
图1显示无上限的x射线衍射模式和TPA TiO2粉末样品分别S1和S2。XRD的无上限模式S1样本显示TiO的无定形的性质2粉。XRD TPA封顶S2的模式样本显示TiO的锐钛矿阶段2粉(JCPDS卡片。78 - 2486)。XRD衍射峰的宽度的锐钛矿变得广泛,表明更大的TiO的形成2微晶结晶和增强。S2的TEM图像示例如下图所示。它可以清楚地表明,水晶TiO的增长2纳米晶体是在赞同XRD的实验结果(图1)。
图1:XRD uncapped TiO的模式2纳米颗粒(S1)和TPA TiO2nanosheets (S2)。
调查TiO的结晶相2和质量的样本,应用拉曼光谱作为一个强大的工具来检测TiO的重大的结构性变化2湿化学反应过程。拉曼光谱(图2)显示显著差异由于非晶(无上限)和晶体材料(TPA封顶TiO)2。无上限(S1) TiO2纳米粒子不显示任何模式振动因为样品是无定形的本性。四个代表性模式(151厘米−1),B1g(404厘米−1),A1g(517厘米−1),如(640厘米−1)是一样的锐钛矿TiO的模式2TPA封顶nanosheets (S2)。结果TiO的确认阶段2表是在协议与XRD分析(28]。
图2:无上限TiO的拉曼光谱2纳米颗粒(S1)和TPA TiO2nanosheets (S2)。
的吸收光谱(图3)显示,TPA封顶(S2)样品的吸收边缘转向比无上限(S1) TiO蓝色区域2样本。无上限TiO的吸收边2观察到的是在360 nm, TPA封顶340海里。这些差异在紫外光谱揭示等结构变化的可能性减少尺寸。
图3:无上限TiO的紫外光谱2纳米颗粒(S1)和TPA TiO2nanosheets (S2)。
红外光谱谱TPA封顶(S1)和无上限(S2) TiO的样本2介绍了图4。低波数地区吸收1000 - 900厘米之间−1通常是分配给在水晶TiO O-Ti-O债券吗2(29日]。红外光谱的乐队在2365厘米- 1可以分配给切断振动。乐队在3000 - 3500厘米−1范围是归因于哦TiO的表面振动2从环境中(29日]。红外光谱的乐队在1393厘米−1和1623厘米−1是由于h TPA的振动30.]。它清楚地演示了TPA分子的表面钝化TiO的表面2纳米粒子。
图4:红外光谱无上限TiO的光谱2纳米颗粒(S1)和TPA TiO2nanosheets (S2)。
基于形态学研究,TPA封顶TiO的形成机制2nanosheet解释如下:氮原子的孤对电子的TPA是连着TiO的表面2纳米粒子由于亲和力与四价的氮。氮原子形成一个协调与TiO的表面2因为它的化学吸收作用属性。除此之外,生长时间和醇解时间越长TPA的乙醇的存在导致nanosheets的形成。添加TPA分子羟基钛离子限制进一步增长的c-axis由于化学吸收作用或胺分子在表面的吸附。最后,退火在100°C会导致TiO的形成2nanosheets。
无上限和TPA封顶TiO的形态学分析2样本所示使用FESEM和TEM进行图5。无上限的示例表明,球形形态聚集。Nanosheets喜欢和结晶形态表现出了TPA封顶样品质量。王等人。31日]合成TiO2nanosheets与一个典型的厚度97海里的平均直径约为493纳米,长度520海里。TiO2nanosheets与一个典型的260纳米的厚度平均直径约1.09μm被杨合成et al。21]。郭et al。22]合成TiO2nanosheets典型场40—60纳米的厚度和长度500 - 800 nm。在目前的工作,TiO2nanosheets平均直径和长度都是150 nm和250 nm,分别。此外,TiO2nanosheets被使用TPA作为限制配体合成单分散性。从这,我们可以得出这样的结论:TPA充当TiO的有效覆盖配体2nanosheets合成的简单化学方法。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)显示晶格条纹,表明TPA封顶TiO2nanosheets水晶。合成TiO的示意图表示2nanosheets所示图6。
图5:TiO FESEM和TEM图像的无上限(a)2纳米颗粒和TPA封顶TiO2nanosheets(罪犯)。
图6:TiO的形成机制2纳米结构。
图7显示了染料敏化太阳能电池的电流-电压特性是TiO捏造出来的2电影与nanosheets准备样品S2。电流电压曲线表明,基于合成TiO DSSC的准备2nanosheets少了短路电流(Jsc)在已经发表的报告(32]。捏造的DSSC基于TiO合成2nanosheets显示Jsc = 6.55 mA /厘米2和Voc = 0.79 V电源转换效率(PCE)为3.25%,分别,而基于锐钛矿的DSSC TiO2nanosheets基于微球Jsc = 15.2 mA /厘米2和Voc = 0.65 V电源转换效率(PCE)为6.64%,分别指示Jsc减少50%,PCE相比,报告结果(32]。众所周知,增加光散射能力起着重要的作用在吸光效率和染料吸附能力。相比单分散的锐钛矿TiO2nanosheets, nanosheets-based微球有更多的能力去吸收更多的染料分子由于多孔微球的性质。光散射能力和染料吸附量,这些都是更少的功率转换效率的两个重要因素对合成TiO2nanosheets。然而,随着合成TiO2nanosheets准备过程非常简单而发表的报告(32]。
图7:TPA封顶TiO的电流-电压曲线2nanosheets (S2)。
有,在过去的几十年中,许多合成路线TiO的准备2纳米结构。例如,传统的水解溶胶-凝胶过程和乳状液降水(33- - - - - -36)执行在相对较低的温度下产生非晶产品多分散的粒子,和随后的煅烧需要诱导结晶。我们提出了一个简单的生长过程TiO的制造2nanosheets低温乙醇溶液中。结果表明,单分散的水晶TiO2nanosheets在大规模成功化学合成法。与此同时,水晶TiO的形态2nanosheets容易控制使用TPA作为限制配体没有进一步煅烧。
奈米晶锐钛矿TiO2nanosheets被作为光电阳极材料dye-sensitizedsolar细胞。XRD和拉曼光谱证实了锐钛矿相TiO的形成2nanosheets。紫外光谱证实了TPA限制样本转向蓝色区域比较无上限的样本。红外光谱谱证实TiO的TPA在表面的钝化2。FESEM和TEM结果证实TPA限制样本单分散性和晶体质量。使用TiO细胞的效率2nanosheets 3.25%左右。
