阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列电极反应与阻抗研究.pdfVIP

第 39 卷 第 6 期 稀有金属材料与工程 Vol.39, No.6 2010 年 6 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING June 2010 阳极氧化制备TiO2 纳米管阵列电极反应及阻抗研究 田西林，陶 杰，陶海军，包祖国，汤育欣，李转利，张焱焱 (南京航空航天大学，江苏 南京 210016) 摘 要：为使 TiO 纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中，采取恒压阳极氧化法在质量分数 0.5%NH F /甘油电解 2 4 液中在钛基体上制备出 TiO2 纳米管阵列。 采用 XRD 、SEM、电子順磁波普仪(EPR) 、交流阻抗法(EIS)和循环伏安法(CV) 研究 TiO2 纳米管阵列电极的电子传输性能及界面性质，确定各电极反应过程对应的阻抗曲线，计算得出电极的电子传 输动力学参数。研究表明，TiO2 纳米管阵列电极表面发生三价钛化合物转化成四价钛氧化物的氧化反应，电极电阻明显 降低，加速了电极- 电解液界面电子扩散速度，有利于 TiO2 电极表面自由羟基的产生。 关键词：阳极氧化；TiO2 纳米阵列；循环伏安；交流阻抗 中图法分类号：O614.41+ 1 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2010)06-1066-05 染料敏化太阳能电池(DSC)是一种新型光化学太 吸附之间的关系打下基础，进而达到提高 DSC 电池性 阳能电池，相比于传统太阳能电池具有成本低、制作 能的目的。 工艺简单和环保等特点，受到人们的广泛关注[1-5] 。纳 1 实 验 米 TiO2 电极在 DSC 中起着关键作用，相比于单晶材 料有更大的比表面积和更高的染料分子覆盖率，所以 钛箔试样片的前处理为：表面封装→丙酮、无水 该半导体电极有很大的光吸收系数和光电转换效 乙醇超声清洗→蒸馏水清洗晾干→化学抛光→蒸馏水 率[6-8] 。在众多的纳米 TiO2 电极制备方法中，阳极氧 清洗→冷风吹干后备用。化学抛光液组成为 1 :1 :2 的 化法可以直接制备出高度有序的 TiO2 纳米管阵列，且 HF 、HNO3 和蒸馏水的混合溶液。纳米管阵列制备试 工艺简单、成本低。这种方法制备的有序 TiO2 纳米管 验中选用恒压直流阳极氧化法，经前处理的钛箔试样 阵列将成为电子迅速传输的重要通道，使得电子传导 片为阳极，Pt 为阴极，两电极间距 5 cm，以 0.5% 的 [9] 性能增强，可望提高 TiO2 的光电转换效率 。但电子 NH4F/甘油为电解液，试样阳极氧化时间为 20 h ，电 在 TiO2 纳米管阵列内传输时，由于 TiO2 纳米管阵列 压为直流 20 V ，整个阳极氧化过程在室温(25 ℃左右) 表面化学基团不同，同时受到渗入膜内电解质的屏蔽 下进行，且伴随磁力搅拌。将阳极氧化后的试样室温 作用，其表面性能将对电子的传输有着重要的影响[10, 下冲洗、冷风吹干后放于马弗炉中，以 3 ℃ /min 升温 11] 。同时电解质溶液渗透到 TiO2 纳米管阵列中，TiO2 至 450 ℃后保温 3 h ，最后随炉冷却至室温，取出备用。 纳米管阵列与电解质的界面是影响电子传输和电子- 根据 Bisquert[12] 、Kern[13] 、Mot