【摘 要】
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一直以来，能源与环境问题都是全球范围内的热点问题。随着化石能源的日益枯竭和与之带来的环境污染等问题，开发廉价、来源广泛的清洁能源变得尤为重要。太阳能作为一种来源广泛
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一直以来，能源与环境问题都是全球范围内的热点问题。随着化石能源的日益枯竭和与之带来的环境污染等问题，开发廉价、来源广泛的清洁能源变得尤为重要。太阳能作为一种来源广泛，无污染的可再生能源受到人们广泛的关注。目前利用太阳能的方式主要是利用太阳能电池将光能转换为电能，或是在光照下将太阳能转换为化学能以分子或化合物的形式储存。太阳能电池和光解水作为利用太阳能的两种有效手段，得到了广泛的关注和研究。由于太阳能的能量密度低，分布不均匀，因此如何有效的利用太阳能变得尤为重要。本研究针对目前太阳能电池和光解水等领域存在的种种问题，进行材料构效关系的设计，通过控制材料的形貌和微纳米结构制备出了多种独特的纳米空间结构，并将其应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)和光解水中，获得了一些阶段性的成果，主要内容和成果如下: 1)在染料敏化太阳能电池领域中，对太阳光，尤其是可见光的有效利用一直以来都是制约染料敏化太阳能电池发展的关键因素。在染料敏化太阳能电池的光阳极设计方面，同时满足有效利用太阳光和促进电子-空穴对的分离和电子的传输变得更加困难。在本研究中，针对对太阳光合理有效的利用等问题，以聚苯乙烯微球为模板，二氧化钛前驱体作为钛源，通过浸渍提拉，成功合成出了宏孔尺寸不同的二氧化钛反蛋白石结构。在此基础上，将软模板P123加入到前驱体溶液当中，制备出了包含有序介孔骨架的反蛋白石结构。将这种结构引入到DSSCs光阳极的设计当中，通过LBL的方法制备出了多层二氧化钛薄膜。通过理论计算发现具有不同宏孔尺寸的反蛋白石结构可以有效地反射或吸收某些特定波长的光，实验研究也证明了这一点。通过调控宏孔的大小，调控光阳极对太阳光的散射和染料对太阳光的吸收，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率。作为DSSC光阳极，光电转换效率从6.57％增加到9.2％。 2)光解水作为一种将太阳能有效转换为化学能的途径，受到了广泛的关注和研究。氢气和氧气作为清洁能源，有着潜在的应用前景。针对当前光解水领域存在的问题，如:光的利用率不高，电子和空穴的复合快等问题，设计了具有多壳层空心结构的光催化剂。独特的空心结构具有较薄的壳壁，缩短了电荷的传输路径可有效地抑制电子和空穴在体相的复合。多壳层的结构既增加了产氢和产氧的活性位点，又提升了光在壳层内部的光程，有效利用太阳光。随后，用两种性能优异的产氢和产氧的多壳层空心球分别制成了光阳极和阴极，当外加电压只有1.1V时得到的电流密度已经达到了1mA/cm2，相比之下的电解水在达到相同电流密度的时候的外加电压大多超过了1.6V。
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