纳米二氧化钛太阳能电池的制备及其性能测试

纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。

环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。

纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。

本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。

标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。

以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。

科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。

1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。

在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。

锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。

所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。

只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。

改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。

光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。

粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。

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。

摘要 静 电纺丝是一种简单 而常 用的制备纳米线 的方法。为 了得到具有均匀颗粒 以及 附着性 良好 的薄膜从 而 应 用 于 染料 敏 化 太 阳 能 电池 光 阳极 ． 用 在 电 纺 丝 前 驱 体 溶 液 中加 入 乙醇 胺 的 方 法 ， 功 制备 了与 衬底 附 着 良好 的 采 成 Ｔｉ 纳米晶薄膜 ． Ｏ 并制备 了不同厚度的 Ｔ（！ ｉ 纳米晶薄膜． 细探讨 了 ＴＯ ） 详 ｉ 膜的厚度对电池各个重要参数 的影响。
极 ， 主要 南纳 米 品 氧 化物 半 导 体 表 面 吸 附染 料 构 成 ， 中纳 米 其 其 晶 氧化 物 半 导体 自Ｎ 备 成 为研 究 的一 大 热 点 。纳 米 晶氧 化 物 半 ｇ ， 导 体 制 备 的 方 法 有 很 多 种 如 溶 胶 凝 胶 法 ２ 四氯 化 钛 水 解 ． ３、 法 ｌ、 粉末 涂 敷 法 ５７、 水热 结 晶法 和 电 化 学 沉 积 法 － 。此 ｕ 等 外 ， 用 模 板 法 制 备 ＴＯ 采 ｉ！纳 米 棒 ” 和 采 用 阳极 氧 化 法 制 备
关 键 词 静电纺丝 乙醇胺 均匀纳米颗粒 太阳能电池
Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔ ｎｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔｏ ｆ Ｎａ ｏ Ｔｉａ ａ ａ ｄ Ｉ ｓ Ａｐｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｉ ｏ ａ ｌｓ ｌｃ ｔｏ ｎ Ｓ ｌ ｒＣｅｌ
Ｗ Ｕ Ａ ｕ ，ＺＨＡＮＧ ｎ ｚ ｅ Ｉｈ ｉ Ｙｏ ｇ ｈ ，ＨＡＮ ｚ ｏ ｇ，ＫＡＮＧ ｉｉｇ，ＺＨＡＯ ｉｎ ｕ ，ＸＩ ｑｎ Ｌｉｈ ｎ Ｃｕｐｎ Ｊａ ｇ ｏ Ｅ Ｅｒ ｉｇ
（ ｃ ｏ ｌ ｆＰ ｙ ｉａ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ，ｍｎ ｈ ｕ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ， ａ ｚ ｏ ３ ０ ０ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｓｃ ｌ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｉ ｚ ｏ ｉ ｅ ｓｔ Ｌ ｎ ｈ ｕ ７ ０ ０ ） ｏ Ｓ ｙ

第 页（共 页）课 程 ___________ 实验日期：年 月曰专业班号 _____ 别 ______________ 交报告日期： 年 月 日姓名__学号报告退发：（订正、重做）同组者 _____________ 次仁塔吉 __________ 教师审批签字：实验名称 _________________ 纳米二氧化钛粉的制备及其光催化活性的测试、实验目的1. 了解制备纳米材料的常用方法，测定晶体结构的方法。

2. 了解XRD 方法，了解X-射线衍射仪的使用，高温电炉的使用3. 了解光催化剂的（一种）评价方法、实验原理1.纳米TiO 2的制备① 纳米材料的定义：纳米材料指的是组成相或者晶相在任意一维度上尺寸小于 100nm 的材料。

纳米材料由于其组成粒子尺寸小， 有效表面积大，从而呈现出小尺寸效应， 表面与界面效应等。

② 纳米TiO 2的制备方法：溶胶凝胶法，水热法，火焰淬火掺杂法，阳极氧化法，电泳沉积 再阳极氧化法，高温雾化法，溅射法，光沉积法，共沉淀法。

本实验采取最基本的，利用金属醇盐水解的方法制备纳米 TiO 2，主要利用金属有机醇盐能溶于有机溶剂，且可以水解产生氢氧化物或氧化物沉淀。

该方法的优点：①粉体的纯度高，②可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。

西安交通大学化学实验报告③制备原理：利用钛酸四丁酯的水解，反应方程如下Ti OC4H9 4 4出0 =Ti OH 4 4C4H9OHTi OH 4 Ti OC4H9 4=TiO2 4C4H9OHTi OH 4 Ti OH 4=TiO2 4H2O2. TiO 2的结构及表征我们通过实验得到的TiO 2是无定形的，二氧化钛通常有如下图上所示的三种晶状结构:A:板钛矿B:锐钛矿C:金红石无定形的TiO2在经过一定温度的热处理后，会向锐钛矿型转变，温度更高会变成金红石型。

我们可以通过X-射线衍射仪测定其晶体结构。

纳米TiO 2的景行对其催化活性影响较大，由于锐钛矿型TiO 2晶格中含有较多的缺陷和缺位，能产生较多的氧空位来捕获电子，所以具有较高的活性；而具有最稳定晶型结构的金红石型TiO2，晶化态较好，所以几乎没有光催化活性。

tio2纳米材料的制备与表征制备和表征二氧化钛（TiO2）纳米材料是一项重要的科学任务，由于其广泛的应用领域，包括光催化、太阳能电池、光电器件、光致发光、药物载体和生物成像等。

下面将介绍一种常用的制备和表征TiO2纳米材料的方法。

制备目前，制备TiO2纳米材料的主要方法包括化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶法、水热法、微波等离子体化学方法等。

这里我们以水热法为例。

水热法是一种在高温高压条件下，利用水作为溶剂，使原料在其中发生化学反应并形成结晶的方法。

制备TiO2纳米材料的水热法通常包括以下步骤：1.将一定量的钛酸丁酯（Ti(OC4H9)4）和适量的硝酸（HNO3）溶液混合，搅拌均匀。

2.将上述混合液转移到高压反应釜中，密封后置于烘箱中加热至指定温度（通常为150-250℃）。

3.在该温度下保持一定时间（例如1-10小时），使钛酸丁酯和硝酸发生水热反应，生成二氧化钛（TiO2）纳米颗粒。

4.待反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，取出产物。

5.用去离子水冲洗产物，去除可能存在的杂质。

6.最后，将产物进行干燥，得到TiO2纳米材料。

表征为了确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料，以及其结构和形貌等性质，我们通常会使用一系列表征方法。

1.X射线衍射（XRD）：XRD可以用于确定材料的晶体结构和相组成。

通过对比标准PDF卡片，可以确认制备得到的物质是否为TiO2纳米材料。

2.扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：SEM和TEM可以用于观察材料的形貌和尺寸。

通过这些方法，我们可以了解到制备得到的TiO2纳米材料的形状、大小以及分布情况。

3.光电子能谱（XPS）：XPS可以用于分析材料的化学组成和化学状态。

通过这种方法，我们可以确认制备得到的物质是否含有Ti、O元素，并得到它们的比例。

4.紫外-可见光谱（UV-Vis）：UV-Vis可以用于研究材料的电子结构和光学性质。

通过这种方法，我们可以得到制备得到的TiO2纳米材料的吸收边和带隙等信息。

毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。

二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。

二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。

在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。

由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。

但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。

人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。

众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。

1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。

这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。

锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。

事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。

简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。

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 Ｔｉ ０２ 薄膜 ， 制备 Ｔ ｉ 基纳 米 Ｔ ｉ Ｏ ２ （ Ｔｉ ／ ｎ ａ ｎ ｏ Ｔｉ Ｏ２ ） 修 饰 电极 ， 用 Ｘ射 线衍射 （ ｘ Ｒ Ｄ） 、 扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 及 电化学方
法 对 所 得 电极 的结 构 和 性 能 进 行 表 征 。
关键词 ： 综合 实验 ； 溶胶一凝胶 ； 纳米 Ｔ ｉ ０： ； 实验 设 计 中图分类号 ： Ｏ６ ２ ５ ． ６ １ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ —２ ０ ０ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ Ｏ 一０ １ ２ １ 一Ｏ ２
胶 一凝 胶 法 （ Ｓ ｏ ｌ －ｇ ｅ １ ） 制备 Ｔ ｉ Ｏ 胶 体， 并 用 此 来 作 修饰 电极 纳米涂 层 。
新 型 综 合 实 验 。本 文 设 计 了一 个 综 合 性 化 学 实 验
— —
溶胶 一凝 胶法 制备 纳米 二氧 化钛 及 电催化 性 能
３ 仪 器 与试 剂
掌 握 溶 胶 一凝 胶 法 制备 纳 米 Ｔ ｉ Ｏ。 粉 体 以及 制 备Ｔ ｉ 基 纳米 Ｔｉ ０： （ Ｔｉ ／ ｎ ａ ｎ ｏ Ｔｉ Ｏ ） 修饰 电极 的方 法 ，
学习 Ｘ射 线衍 射 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 及 电化学
４ 实 验 内容
４ ． １ 纳米 Ｔｉ Ｏ２ 粉 体 以及 Ｔｉ ／ ｎ ａ ｎ ｏ Ｔ ｉ Ｏ ２ 修 饰 电极 的
当今 时代 ， 科 学技术 取得 了 高速发 展 ， 高等 教 育
的 改革 也进 入 了实质性 发展 阶段 。化 学 实验教 学 对
２ 实 验 原 理
溶胶 一凝胶 （ 简称 Ｓ ｏ ｌ －Ｇｅ １ ） 法 是 以金属 醇盐 的 水解 和 聚合反 应为 基础 的 。 缩合 产物 不断发 生水 解 、 缩 聚反应 ， 溶 液 的粘度不 断增 加 ， 最终 形成凝 胶 一含 金 属 一氧一金 属键 网 络结构 的无机 聚合物 。钛 酸 丁 酯（ 亦称 丁 醇钛 ） 是 一种 非 常 活泼 的 醇盐 ， 遇水 会发

应用与展望
总之，纳米二氧化钛作为一种重要的新型材料，具有广 泛的应用前景和市场潜力
在未来的研究中，应进一步深入探讨其制备、表面改性、 能带调控等方面的技术和机理，为推动纳米二氧化钛在
实际应用中的广泛应用和发展做出贡献
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应用与展望
应用与展望
纳米二氧化钛由于其独特的性质， 在许多领域中具有广泛的应用。 例如，它可以作为光催化剂，用 于污水处理和空气净化。在光催 化过程中，纳米二氧化钛能够吸 收太阳光，并利用光生电子和空 穴进行氧化还原反应，从而降解 有机污染物和抗菌消毒。此外， 纳米二氧化钛还可以作为光电转 换材料，应用于太阳能电池和光 电二极管等器件中
随着科技的不断进步，纳米二氧 化钛的应用前景也将越来越广阔。 例如，可以利用纳米二氧化钛制 备高效能的光电转换器件，如太 阳能电池和光电二极管等；还可 以将其应用于光热转换领域，如 光热疗和光热发电等。此外，纳 米二氧化钛还可以作为催化剂载 体，用于催化剂的设计和制备
然而，要实现纳米二氧化钛的广 泛应用，仍需解决一些挑战性问 题。例如，需要进一步研究和优 化制备方法，提高纳米二氧化钛 的产量和纯度；同时还需要对纳 米二氧化钛的表面改性和能带调 控等方面进行深入研究，以提高 其光催化活性和光电性能等
3
结论
所制备的纳米二氧化钛 呈球形或多面体形态， 表面光滑且具有较高的
长径比
此外，表面存在一定量的 羟基和羧基基团，这些基 团可能对其光催化性能产
生影响
结论
采用溶胶-凝胶法制备的 纳米二氧化钛具有较高
的形貌和结构质量
通过XRD分析发现， 其具有锐钛矿型晶体 结构且具 Nhomakorabea较高的结

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，最后形成稳定凝胶。
（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。

制备纳米二氧化钛的方法纳米二氧化钛是一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景，例如在太阳能电池、催化剂、光催化剂、抗菌剂、防晒剂等领域。

下面介绍几种制备纳米二氧化钛的方法。

1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常见的制备纳米二氧化钛的方法。

该方法主要包括溶胶制备、凝胶制备、干燥和烧结等步骤。

一般来说，溶胶制备使用钛酸四丁酯、乙酸钛、钛硝酸等钛源。

通过加入各种表面活性剂进行混合，生成钛溶胶。

然后，通过控制pH值、温度等条件，钛溶胶可以转化为钛凝胶。

之后，通过干燥和烧结可以得到纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法具有简单、易控制、制备规模可调的优点，但其制备成本较高，同时制备时间也较长。

2. 水热法水热法也是一种制备纳米二氧化钛的有效方法。

该方法在普通压力下，在水热条件下进行。

通过将钛源和水混合，在高温和高压的条件下，在反应瓶中反应，形成纳米二氧化钛。

锅炉管道管内沉积的纳米二氧化钛可作为理想输送介质。

水热法具有制备成本低、制备时间短的优点，是一种非常实用的制备方法。

3. 氧气气氛下燃烧法氧气气氛下燃烧法也是一种制备纳米二氧化钛的有效方法，该方法将钛源和燃烧剂混合，使其在氧气气氛下燃烧，生成氧化钛。

燃烧剂包括葡萄糖、硫酸铵等。

这种方法具有成本低、操作简单等优点，但需要进行后期处理才能得到高品质的纳米二氧化钛。

4. 离子液体辅助合成法离子液体辅助合成法是一种新兴的制备纳米二氧化钛的方法。

这种方法是通过将离子液体与金属前驱体混合，制备出纳米级别的二氧化钛。

离子液体的存在使得反应过程可控性更好，对纳米二氧化钛的形貌和尺寸有显著的影响。

此方法具有无害、环保等优点，并且得到的纳米二氧化钛的形貌和尺寸较为均匀。

综上所述，制备纳米二氧化钛的方法有多种，每种方法均有其优缺点，在具体应用中可根据需要选择合适的方法进行制备。

太阳能电池实验报告太阳能电池实验报告引言：太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源技术，受到了广泛的关注和研究。

本实验旨在通过制作太阳能电池并测试其性能，探索太阳能电池的工作原理和应用潜力。

一、实验材料与方法1. 材料：- 二氧化钛薄膜- 柠檬酸钛溶液- 水- 碘盐溶液- 纳米碳管溶液- 玻璃片- 电线- 钢丝- 太阳能电池板2. 方法：- 制备二氧化钛薄膜：将柠檬酸钛溶液与水按一定比例混合，通过旋涂法在玻璃片上涂布一层薄膜，然后将其放入烘箱中烘干。

- 制备太阳能电池：将制备好的二氧化钛薄膜与纳米碳管溶液混合均匀，再将其涂布在太阳能电池板上，并使用钢丝固定。

- 测试太阳能电池性能：将太阳能电池板暴露在阳光下，连接电线，将电流计和电压计分别接入电路中，记录电流和电压的变化。

二、实验结果与讨论经过实验操作，我们成功制备了太阳能电池，并测试了其性能。

实验结果显示，在阳光照射下，太阳能电池产生了一定的电流和电压。

1. 光电转换效率：我们通过计算太阳能电池的光电转换效率来评估其性能。

光电转换效率是指太阳能电池将光能转换为电能的能力。

根据实验数据，我们计算得到太阳能电池的光电转换效率为X%。

这表明我们制备的太阳能电池具有较高的能量转换效率，显示出良好的性能。

2. 影响因素分析：在实验过程中，我们发现太阳能电池的性能受到多个因素的影响，包括太阳光照强度、太阳能电池的结构和材料等。

较强的太阳光照可以提高太阳能电池的输出电流和电压，而较低的光照则会降低其性能。

此外，太阳能电池的结构和材料也对其性能有重要影响。

例如，二氧化钛薄膜的厚度和质量、纳米碳管的分散均匀性等都会影响太阳能电池的光电转换效率。

3. 应用前景：太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源技术，具有广阔的应用前景。

它可以广泛应用于家庭和工业领域，用于发电、供电等用途。

太阳能电池的优点在于其可再生性和环保性，与传统能源相比，太阳能电池具有更低的碳排放和环境影响。

二氧化钛纳米材料制备及光催化性能的开题报告
一、研究背景和意义
二氧化钛（TiO2）是一种重要的半导体材料，具有良好的光电化学
性能和稳定性，是目前研究的热点之一。

纳米二氧化钛材料因其特殊的
结构和性能，在催化、光催化、纳米电子学等领域具有广泛的应用前景。

例如，纳米二氧化钛材料可以用于太阳能电池、水处理、环境净化和新
能源等方面。

本研究旨在通过合成不同形态、大小和结构的二氧化钛纳米材料，
研究其光催化活性，并探讨其制备过程中的影响因素和机理，为二氧化
钛纳米材料的制备及应用提供参考。

二、研究内容和方案
1. 材料制备：
（1）溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛粉体；
（2）水热法制备不同形态、大小和结构的纳米二氧化钛。

2. 材料表征
采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis、PL等手段，对合成的纳米二氧化
钛材料进行表征，分析其晶体结构、形貌和光学性质。

3. 光催化性能测试
采用紫外光辐照下的光催化反应体系，以甲基橙为模板分子，研究
二氧化钛纳米材料的光催化活性。

同时，探讨不同制备条件对光催化性
能的影响，以及机理。

三、预期目标和结果
1. 成功制备出不同形态、大小和结构的二氧化钛纳米材料；
2. 通过表征手段，掌握材料的基本属性；
3. 研究并分析不同制备条件对纳米二氧化钛材料光催化性能的影响；
4. 探讨纳米二氧化钛材料光催化机理，为其实际应用提供理论基础
和参考。

摘要二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究摘要随着人们生活水平的不断提高，越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可再生的自然资源。

同时，产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来负面效应。

因此，环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。

半导体光催化技术在环境修复领域的作为不容忽视，已被证明是降解水体和大气环境中有害污染物的有效途径。

在解决能源危机方面，通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可再生能源的高效利用。

二氧化钛因其高稳定性，无毒性且低成本被认为是非常理想的光催化半导体材料。

光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素，直接影响其光催化活性的强弱。

由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态，导致纳米粉体的团聚现象严重，无法获得较大的活性表面积。

因此，本文采用表面活性剂作为分散剂，并优化制备工艺进行改性，以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分必要的。

主要研究内容如下：（1）综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势，本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进行实验分析。

以钛酸丁酯为钛源，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，按照n(Ti(OR)4):n(C2H5OH):n(H+):n(H2O)=1:15:0.35:4的反应物配比，制备纳米级二氧化钛材料。

（2）通过单因素实验与正交实验相结合的方式，以样品对甲基橙的光催化降解率为分析依据，探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活性的影响。

正交实验的结果表明，最佳工艺参数是：当溶剂热温度为150℃，溶剂热时间为24h，煅烧温度为450℃，煅烧时间为4h时，样品的光催化降解率最高，为82.88%。

同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明，样品为结晶度良好的单一锐钛矿相，无任何杂质，但分散性一般。

（3）在最佳工艺参数的基础上，通过控制表面活性剂的种类和含量的不同，探究不同类型表面活性剂的最佳投料比，从而确定用于二氧化钛纳米粉体改性的最佳分散剂，并通过XRD、SEM、TEM和EDS等技术对样品进行表征。

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。