本文以TiO2纳米棒为研究对象，通过水热法在导电玻璃FTO基底制备出了TiO2纳米棒阵列。通过XRD物相分析确定了TiO2纳米棒为金红石相二氧化钛。通过研究不同浓度以及不同循环生长次数对纳米棒阵列的生长影响，发现提高生长浓度，循环次数对TiO2纳米棒所组装的太阳能电池的光电性能有明显的提高。但是，在生长浓度，循环次数不断增加的同时，TiO2纳米棒阵列变得越来越致密，甚至会长成一片一片的形状，从而会导致比表面积增加的不明显，染料地吸附，电子的转移过程都会受到影响，进而影响了电池的光电性能。所以，可以通过制备出孔状的纳米棒来增大比表面积，改善电池的光电性能。关键词 二氧化钛，纳米棒，水热法，光电性能目 录
1 引言 1
1. 1 TiO2纳米棒的制备方法 1
1. 2 TiO2的应用领域 3
1. 3 TiO2的发展趋势 3
1. 4 染料敏化太阳能电池（DSSC） 3
1. 5 目前存在的问题 5
2 实验部分 5
2. 1 实验试剂和实验仪器 5
2. 2 实验步骤 5
2. 3 电池的组装 8
2. 4 材料的表征方法 8
3 实验结果与分析 9
3. 1 TiO2纳米棒的分析 9
3. 2 不同生长浓度所制得的TiO2纳米棒 10
3. 3 二次生长所制得的TiO2纳米棒 11
3. 4 三次生长所制得的TiO2纳米棒 12
3. 5 四次生长所制得的TiO2纳米棒 12
3. 6 不同生长次数的纳米棒的电流电压曲线 13
4 多孔纳米棒的研究 14
4. 1 SiO2的预处理 14
4. 2 导电玻璃表面膜层的制备 16
4. 3 样品的制备与结果分析 16
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
随着社会的发展，能源危机和环境问题渐渐引起了人们的重视，而太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源吸引了人们

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> 4. 1 SiO2的预处理 14
4. 2 导电玻璃表面膜层的制备 16
4. 3 样品的制备与结果分析 16
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
随着社会的发展，能源危机和环境问题渐渐引起了人们的重视，而太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源吸引了人们的眼球。自从1839年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”之后，一百多年来，太阳能电池方面的研究一直都是人们研究的热点。经过大量的研究发现，TiO2作为一种宽禁带半导体凭借较高的光催化活性、良好的化学和热稳定性以及良好的生物相容性使其在太阳能电池方面拥有很大的研究前景。此外，由于它众多的优点，使它在光催化、电化学以及组织工程等方面也得到了广泛的应用。其制备方法也有很多，据目前所掌握的主要有水热法、溶胶凝胶法、模板法和化学气相沉积等。
1.1 TiO2纳米棒的制备方法
1.1.1 水热法制备TiO2
水热法制备TiO2是在密封的压力容器中以水作为溶剂，在高温高压的条件下发生的化学反应。水热法是模拟地球上一些矿物的形成而渐渐发展起来的，进而形成了水热合成理论。其主要原理是溶解——再结晶机理，生长液以离子、分子团的形式进入溶液中，在高压反应釜内，由于温度差的原因产生对流作用，继而这些离子、分子团被运输到放有籽晶的生长区，形成过饱和溶液，继而结晶。水热法制备TiO2主要是在酸性条件下完成的，且经过研究发现不同的酸性介质、原料、水热温度以及时间都会影响TiO2的生长形态。随着水热法制备TiO2技术的日趋成熟，2009年Bin Liu等用钛酸四正丁酯和盐酸通过水热法制备出了更加纯净的金红石TiO2纳米棒[1]。其实验过程如下：
(1) 用玻璃刀将导电玻璃FTO切成大小均匀的试样待用；
(2) 清洗液的配置：按1:1:1的比例取适当的去离子水、丙酮和异丙醇配置成溶液，将切好的FTO试样放入清洗液中清洗2到3遍；
(3) 将清洗好的FTO试样再放入去离子水中清洗，接着取出烘干备用；
(4) 生长液的配置：取一定量的盐酸和去离子水放入烧杯中，搅拌15分钟使之混合均匀，并封上保鲜膜使之密封，接着再向烧杯中添加钛酸四正丁酯搅拌30分钟使之混合均匀；
(5) 将FTO与配置好的生长液一同放到聚四氟乙烯高压反应釜中，并设定好温度和时间；
(6) 反应完成后，待高压反应釜冷却一段时间后取出FTO用去离子水清洗后并烘干，即可获得纯净的金红石TiO2纳米棒。
1.1.2 溶胶凝胶法制备TiO2
溶胶和凝胶都属于胶体的范畴，是直径在1nm-100nm的分散系，溶胶具有液体的特征，而凝胶具有固体的特征。其主要原理是利用金属醇盐，通过它的分解或者聚合反应以获得金属氧化物或氢氧化物的溶胶，接着进行浓缩、干燥等一系列处理即可获得所要制备的氧化物。例如Yu等[2]利用钛醇盐为原料，加上聚乙二醇，通过溶胶凝胶法以及浸涂法相结合，制备出了介孔型TiO2；Miao等[3]通过阳极氧化铝模板，利用溶胶凝胶法制备出了有序的锐钛矿TiO2单晶纳米线阵列。并且经过TEM研究发现，这些TiO2纳米线阵列都具有均匀的四方单晶结构。以上这些例子都可以说明溶胶凝胶法是制备纳米材料的有效方法，但是这种方法也有许多不足之处，反应物毒性大需要严格控制反应条件且反应时间较长、易水解、易燃等。而且所用原料的金属醇盐的价格相对来说比较昂贵，所以不太适合大规模的生产制备。
1.1.3 化学气相沉积法制备TiO2
化学气相沉积是指反应物在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而得到某种物质的工艺技术。发生该化学反应需要一些辅助条件，例如高温、激光或等离子辅助等。Shi等[4]通过四氯化钛的气相氧化法，在高温管式的气溶胶反应容器里合成出了超细的TiO2光催化材料；以及Yoshitake等[5]用Ti(OEt)4，通过化学气相沉积制备出了较大面积的虫孔状的介孔TiO2等等。这一些例子都说明化学气相沉积有其独特的优势，容易精制提纯，所用装置简单等。但由于其沉积速率不是很高，所以在技术上还存在着一些限制。
1.1.4 模板法制备TiO2
模板法制备纳米材料一开始是Martin课题组[6]提出来的，其主要原理就是利用模板本身的微结构对空间的一种限域作用[7]，从而对所需要合成材料的结构、尺寸和形貌等进行控制，即可获得所需结构的材料，最后通过腐蚀等某种方法去除模板即可得到所需要的微结构。通过该方法制备出的纳米材料应用范围很广，并且这
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