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Ti02纳米管由于具有良好的光渗透性,被寄希望在光催化治理环境、太阳能分解水制氢、染料敏化太阳能电池等方面发挥较大的作用。目前报道的钛酸纳米管由于光催化效率较低,此方面的研究未引起人们的足够重视。本课题研究高活性二氧化钛纳米管的制备,同时考察二氧化钛纳米管作为电极在染料敏化电池(DSCs)中的光电转化性能,并探索了其在水分解直接分离制氢的光催化燃料电池(PFC)技术中的应用。
本文以水热合成法制得的钛酸纳米管为模板,同时以表面沉积的方法用Ag修饰钛酸纳米管,通过液相沉积方法分别在其上外延生长Ti02薄膜,制备高光催化活性的二氧化钛纳米管和Ag改性的二氧化钛纳米管。采用TEM、XRD等对纳米管的形貌结构进行表征,通过电化学方法、光催化活性评价实验分析了纳米管的电荷分离效率,通过紫外-可见分光光度计分析了纳米管的光学性能。Ag改性Ti02纳米管较Ti02纳米管载流子分离效率显著提高。
以二氧化钛纳米管及Ag改性二氧化钛纳米管作为光电极,通过所制作DSCs装置的短路电流和开路电压来考察其光电转换性能;二氧化钛纳米管制作的DSCs电池的短路电流为1.261mA,而二氧化钛纳米粉制作的DSCs的短路电流为0.084mA,开路电压有稍微的下降,光电转换效率大幅度提高。以二氧化钛纳米管及Ag改性二氧化钛纳米管作为光阳极,以Pt电极为阴极,制作水分解直接分离制氢的光催化燃料电池装置,初步验证了光催化燃料电池分解水直接分离制氢的可行性。Ti02纳米管分离制氢速率为0.33mL/h,Ag改性Ti02纳米管产氢速率最高,达到0.50mL/h。