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1、介孔薄膜的研究进展根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)的规定，介孔材料是指孔径介于 2-50nm 的一类多孔材料。介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点，使得它在很多微孔沸石分子筛难以完成的大分子的吸附、分离，尤其是催化反应中发挥作用。而且，这种材料的有序孔道可作为“微型反应器”，在其中组装具有纳米尺度的均匀稳定的“客体”材料后而成为“主客体材料”，由于其主、客体间的主客体效应以及客体材料可能具有的小尺寸效应、量子尺寸效应等将使之有望在电极材料、光电器件、微电子技术、化学传感器、非线性光学材料等领域得到广泛的应用。因此目前已成为国际上跨多学

2、科的热点前沿领域之一。 有序介孔薄膜的成功合成于 1997 年由 Brinker 等阁率先报道。利用酸性的醇溶液为反应介质和挥发诱导自组装（EISA）工艺可以合成高质量的氧化硅介孔薄膜，这为介孔材料在膜分离与催化、微电子、传感器和光电功能器件等领域的应用开辟了广阔的前景。纳米氧化钛介孔薄膜制备方法一种制备纳米氧化钛介孔薄膜的方法，属于纳米氧化钛材料技术领域。本发明是在由水、油、表面活性剂、助表面活性剂构成的微乳液中添加分散剂，将微乳液中作为微型反应池的胶团（或反胶团）先进行分散，再让反应物在其中反应，制得的纳米颗粒为单个胶团（或反胶团）完整球形而易堆积成介孔薄膜，再经干燥、煅烧而成。因采用本发

3、明制得的纳米氧化钛介孔薄膜具有颗粒为高度分散的纳米粒子，且孔隙分布均匀、成膜性能好；可重复涂膜而不开裂、不剥落，厚度可达以上；大大简化了制备工艺，便于工业化生产等特点，故可广泛应用于需要巨大比表面积的染料敏化太阳能电池、二氧化钛光催化材料、二氧化钛气敏传感器等功能器件中。结构通过蒸发诱导自组装技术制备了具有不同有序结构的介孔 SiO2 薄膜,并采用同步辐射X 射线反射率以及慢正电子束流技术对其进行表征 .实验结果表明,随着旋涂速率的增加,介孔结构由三维立方向二维六角结构转变,同时平均孔隙率随转速增加而减小. 非晶态纳米 TiO_2 介孔薄膜的制备与光电转换性能研究染料敏化太阳能电池(Dye-s

4、ensitized Solar Cell,DSC)具有较常规太阳能电池成本更低且绿色环保的优点,是一种很有发展前途的太阳能光电转换新技术。DSC 光电转换效率虽然还不够高,但由于其成本低廉,仅为单晶硅太阳能电池的 1/10,可以通过大面积使用来弥补其效率低的不足。因此,非常适合于与建筑相结合使用,如建筑外墙、屋顶、门窗、玻璃幕墙等,有望成为最有发展前途的大面积供电系统。 TiO_2 介孔薄膜是目前 DSC 使用最为普遍的光电极材料,在 DSC 中作为染料的承载体,并起到光生电子接收体和传输体的作用,是决定 DSC 光电转换性能的关键组分部分。TiO_2介孔薄膜要成为产业化发展和大面积使用的 D

5、SC 光电极材料,还存在以下问题:1)TiO_2 薄膜的制备方法还有待改善,需要一种工艺更简单、更易于控制的制备方法;2)TiO_2 薄膜光电极性能波动性有待改善;3)TiO_2 薄膜光电极的光电转换效率仍然有待提高。本文尝试采用非晶态 TiO_2 介孔薄膜作为 DSC 光电极材料来解决以上问题。 采用四氢呋喃改性 CTAB/水/正丁醇/ 环己烷反胶团微乳液法在常压、5060下合成出尺寸 20nm左右、高度分散的球形纳米颗粒,将其胶体前驱液直接涂膜,通过干燥、烧结,成功制备出均匀的非晶态 TiO_2 介孔薄膜。该制备方法由于无需控制 TiO_2 的晶体生长过程,因而大大降低了 TiO_2 纳米

6、颗粒的合成条件; 由于从 TiO_2 的胶体前驱液直接涂膜,在干燥和烧结过程中不会发生开裂、剥落现象,而得到由球形纳米颗粒相互连接形成的均匀 TiO_2 介孔薄膜,因此大大简化了薄膜的制备工艺。 在相同条件下比较测试了非晶态 TiO_2 介孔薄膜和纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜的染料吸附量以及所组装 DSC 的光电转换性能指标,如短路光电流(Isc)、开路光电压(Voc)、填充因子(ff) 和总光电转换效率() 。试验结果表明,当薄膜厚度在 316m 范围内变化时,非晶态 TiO_2 介孔薄膜的染料吸附量比纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜少 1.185.7610-8mol/cm2,该差距

7、随薄膜厚度的增加愈加明显。但是,在染料吸附量小得多的情况下,非晶态 TiO_2 介孔薄膜光电极却能够产生与纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜光电极相当的 Isc,并得到更高的 Voc 和 ff,从而使得其获得较高的 。在相同条件下,非晶态 TiO_2 介孔薄膜光电极的最大 为 5.37%,纳米晶锐钛矿TiO_2 介孔薄膜光电极获得的最大 为 4.69%。 对比研究了非晶态 TiO_2 介孔薄膜和纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜的电学性质和光学性质。发现非晶态 TiO_2 介孔薄膜对可见光具有强散射效应,而纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜对可见光的散射较弱,这使得吸附了染料的非晶态 TiO_

8、2 薄膜光电极的光利用率高于吸附了染料的纳米晶锐钛矿 TiO_2 薄膜光电极。此外,采用 FTO 导电玻璃作为与 TiO_2 面接触的两极,测试了 TiO_2 薄膜在光照下的电阻值 R。发现在吸附染料的情况下 ,非晶态 TiO_2 介孔薄膜的 R 值比纳米晶锐钛矿 TiO_2介孔薄膜的小一个数量级;在未吸附染料的情况下也得到同样的结果。说明电子在非晶态TiO_2 介孔薄膜中输运的效率要高于在纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜中的输运。 基于非晶态 TiO_2 介孔薄膜特殊的光学和电学性质,以及纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜对染料的强吸附性,将两种薄膜复合成双层结构的非晶态/纳米晶 TiO_

9、2 介孔薄膜,发挥两种薄膜材料各自的优势,使其 DSC 的总光电转换效率 达到了 6.89%,比单独由非晶态 TiO_2 介孔薄膜和纳米晶锐钛矿 TiO_2 介孔薄膜组装的 DSC 的总光电转换效率提高了 28%左右。自制新型介孔薄膜自制新型介孔薄膜涂层固相微萃取头,结合顶空固相微萃取-气相色谱(HS-SPME-GC),测定水溶液中的邻苯二甲酸二(2-乙基己基) 酯(DEHP) 。结果表明 ,该方法具有良好的线性范围(0.1 2000gL),检出限为 0.08gL,相对标准偏差为 5.5%(n=3)。将该法应用于检测塑料浸取液中 DEHP,结果令人满意。 介孔材料从它诞生一开始就吸引了国际上物理、化学、生物、材料及信息等多学科研究领域的广泛兴趣，介孔材料的优良而广泛的应用性能是使其得以迅速发展的巨大推动力。从介孔材料的应用角度出发如何有效地改善其结构和性能、功能化、大孔径、多微孔道结构的介孔材料的合成是重要发展方向，将纳米技术等新技术应用到介孔材料领域中，开发研究介孔材料的新功能和新应用更将成为研究瞩目的重点。