论文部分内容阅读
本论文从模拟自然界的光合作用和多尺度结构出发，构筑了具有多级结构的TiO2光催化体系，并考察了其在光催化降解染料、光催化分解水、染料敏化太阳能电池等体系中的应用。具体内容如下：
(1)利用胶体晶体和介孔模板剂的双重模板，制备了大孔介孔复合的钛硅氧化复合物光子晶体光催化剂。将介孔结构引入到光子晶体的骨架中，利用溶胶凝胶过程中引入的正硅酸乙酯水解后生成的SiO2作为粘结剂，能有效地抑制TiO2的过分长大并基本保持了介孔的完整性同时兼具结晶性能良好的TiO2。光催化降解罗丹明B的实验证明，其具有优良的光催化效率。高的催化活性来源于慢光子效应增强和由介孔提供的高比表面积的协同作用。
(2)以能在水中弱光环境中进行高效光合作用的水生植物叶片为模板，构筑了生物启发的多级结构的TiO2。通过光催化降解亚甲基蓝的实验考察制备的多级结构TiO2的光催化活性。这种精确复制叶片结构的TiO2能够有效地收集光线，具有增强的光降解能力，为发展高效光催化剂提供了新的思路。
(3)以胶体晶体为模板，我们第一次构筑了多级结构的TiO2光子晶体光催化剂用于光催化分解水制氢。多级结构光子晶体光催化剂有利于光催化剂和入射光的相互作用，增强了集光，光催化分解水的效率得到显著的提高。
(4)以胶体微球和TiO2前驱体一步共组装制备了多级TiO2孔结构，并作为光阳极用于染料敏化太阳能电池。引入的球形空腔可以有效散射特定波段的光子，使得染料的吸收尤其在红光区的吸收得到有效地提高，最终得到5.02％的光电转换效率。
(5)通过沉积Ag纳米颗粒到TiO2光子晶体的骨架上，利用Ag纳米颗粒的表面等离子体共振效应和TiO2的光致激发特性，在可见光和紫外光的交替照射下，Ag和Ag2O之间的氧化还原反应可逆调控了TiO2光子晶体的禁带，实现了光子禁带的近似“开”和“关”的变化。