多級結構TiO2光子晶體光能轉換體系研究

多級結構TiO2光子晶體光能轉換體系研究是中國科學院化學研究所研究的論文。

文獻信息

【作者單位】：

中國科學院化學研究所

【學位】：

博士

【授予年】：

2011-05-23T00:00:00Z

【研究專業】：

物理化學

【培養單位】：

中國科學院化學研究所

【導師單位】：

化學研究所

【語種】：

漢語

【館藏號】：

LW063082

【分類號】：

O6

文獻內容

摘要

本論文從模擬自然界的光合作用和多尺度結構出發，構築了具有多級結構的TiO2光催化體系，並考察了其在光催化降解染料、光催化分解水、染料敏化太陽能電池等體系中的套用。 具體內容如下： （1）利用膠體晶體和介孔模板劑的雙重模板，製備了大孔介孔複合的鈦矽氧化複合物光子晶體光催化劑。 將介孔結構引入到光子晶體的骨架中，利用溶膠凝膠過程中引入的正矽酸乙酯水解後生成的SiO2作為粘結劑，能有效地抑制TiO2的過分長大並基本保持了介孔的完整性同時兼具結晶性能良好的TiO2。 光催化降解羅丹明B的實驗證明，其具有優良的光催化效率。 高的催化活性來源於慢光子效應增強和由介孔提供的高比表面積的協同作用。 （2）以能在水中弱光環境中進行高效光合作用的水生植物葉片為模板，構築了生物啟發的多級結構的TiO2。 通過光催化降解亞甲基藍的實驗考察製備的多級結構TiO2的光催化活性。 這種精確複製葉片結構的TiO2能夠有效地收集光線，具有增強的光降解能力，為發展高效光催化劑提供了新的思路。 （3）以膠體晶體為模板，我們第一次構築了多級結構的TiO2光子晶體光催化劑用於光催化分解水制氫。 多級結構光子晶體光催化劑有利於光催化劑和入射光的相互作用，增強了集光，光催化分解水的效率得到顯著的提高。 （4）以膠體微球和TiO2前驅體一步共組裝製備了多級TiO2孔結構，並作為光陽極用於染料敏化太陽能電池。 引入的球形空腔可以有效散射特定波段的光子，使得染料的吸收尤其在紅光區的吸收得到有效地提高，最終得到5.02%的光電轉換效率。 （5）通過沉積Ag納米顆粒到TiO2光子晶體的骨架上，利用Ag納米顆粒的表面電漿共振效應和TiO2的光致激發特性，在可見光和紫外光的交替照射下，Ag和Ag2O之間的氧化還原反應可逆調控了TiO2光子晶體的禁帶，實現了光子禁帶的近似“開”和“關”的變化。