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关键词： 水热法   金红石纳米棒   磁控溅射   光阳极  

摘要： 通过水热法制备了垂直于导电基底的金红石纳米棒阵列,首次通过磁控溅射方法制备了一维阵列金红石/锐钛矿核壳结构,并将其应用于染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)。样品结构和形貌分别利用X射线衍射仪、透射电镜、扫描电子显微镜进行表征观察。结果表明,磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更好的形貌和比表面积。光电转换性能测试表明,与单纯水热生长的金红石纳米棒光阳极相比(1.10%),磁控溅射法制备的复合结构光阳极具有更高的光电转换效率(2.85%),光电转换效率提高了将近2.6倍。

关键词： 染料分子结构   染料颜色   PM3  

摘要： 文章运用MOPAC半经验量化程序,对部分染料分子结构进行计算,然后将结果和事实相对照与比较,从而分析染料分子结构与颜色的关系,并从中总结出一些规律。

关键词： 天然染料   分类   制革工业   应用  

摘要： 根据化学结构对天然染料进行分类并简述其性质,重点综述了天然染料在制革工业及其他行业的应用,展望了今后的发展趋势。

关键词： 染料敏化太阳电池   光散射   IMPS   IMVS   电子输运  

摘要： 采用溶胶-凝胶法制备尺寸大小20nm和300nm的两种TiO2颗粒,二者以不同比例掺杂制备纳米多孔薄膜并应用于染料敏化太阳电池(DSC)中。采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术研究薄膜微结构变化对电子传输动力学过程的影响,进而分析大颗粒掺杂对电池性能影响的内在原因。结果表明,TiO2大颗粒作为光散射中心使光程增加可有效增大光强,但掺杂比例与染料吸附量存在竞争进而影响光吸收,研究表明:掺杂20wt%大颗粒纳米薄膜制备的DSC具有最佳性能,相比未掺杂的DSC,掺杂20wt%大颗粒的DSC短路电流Jsc从10.99mA/cm2增加到12.04mA/cm2,光电转换效率η增大8.2%。随TiO2大颗粒掺杂比例增大,电子传输时间τd减小。

关键词： 活性染料   染色   双活性基   染色性能   拼色   γ酸  

摘要： 红色活性染料是活性染料的三原色之一,它既可以单独使用,也可以与活性黑5及橙色染料复配,拼黑色应用于织物染色。以γ酸为染料中间体,通过缩合反应及重氮偶合反应,可合成两只含不同水溶性基团的双活性基红色活性染料;研究该染料在纯棉织物上的染色应用性能,以及结构与性能的关系。结果表明,合成的这两只双活性基染料具有良好的上染率和固色率,将其按1∶2比例拼混,可得到色光及提升力更好的红色拼混染料。

关键词： 染料敏化太阳能电池   散射层   染料吸附量   锐钛矿   TiO2聚集体   大颗粒TiO2  

摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSC）作为传统硅太阳能电池有力的竞争者，受到研究者广泛的关注。作为DSSC关键部件之一的光阳极，成为研究的热点。根据Mie散射理论，当颗粒的大小与光的波长相当时，光会在薄膜内部发生多次散射，从而增强了染料对光子捕获的几率，提高光生电流。 本论文采用溶胶凝胶法合成了TiO2球体，通过调节陈化时间、钛酸丁酯的用量、氯化钾的浓度，合成了尺寸为250nm，650nm，1100nm的TiO2球。将其作为双层结构光阳极的散射层，组装成DSSC进行J-V曲线测试，并对光阳极薄膜的漫反射光谱、染料吸附量的测试结果进行分析，探讨了不同尺寸的大颗粒对DSSC光电性能的影响。研究结果表明，当在光阳极散射层引入250nm TiO2球时，DSSC的光电转化效率最佳，与只有纯P25纳米粒子传输层的DSSC相比，提高了24.48%，其对入射光良好的散射性能极大地弥补了染料吸附量较低的缺陷。 为了制备一种既对入射光有良好的散射性能，又有较高的染料吸附量的材料，本论文对TiO2球体在氨水的存在下进行溶剂热处理，得到分级TiO2聚集体球（初级结构为球体，球体表面承载有纳米梭状体）。通过对水热时间、氨水添加量的调节，详细地探讨了这种分级TiO2聚集体球的形成机理。将其作为双层结构光阳极的散射层，组装成DSSC进行J-V曲线测试。当在DSSC光阳极散射层引入水热时间为18h的产物时，光电转化效率最佳，达到6.4%。通过对光阳极薄膜的漫反射光谱及染料吸附量的分析，对比了溶剂热处理前后，薄膜散射性能及染料吸附量的变化。研究结果表明，分级TiO2聚集体球既对光有良好的散射性能，又具有较高的染料吸附量，可以有效地提高DSSC的光电转化性能。

关键词： 蓝色活性染料   可见吸收光谱   红外光谱   染色性能   牢度  

摘要： 活性染料在纺织印染、皮革等领域占有举足轻重的地位,全球的需求量与日俱增,其中活性染料是目前应用较广泛的一类染料,是取代禁用染料及其它纤维素纤维用染料的最佳选择之一。然而,在活性染料品种中,黑色活性染料是应用最广泛的染料品种之一,其用量占活性染料的60%以上。但是,黑色活性染料至今仍没有在400～700nm波长范围内能均匀、全吸收的染料品种。活性黑5是用于拼黑的蓝色谱活性染料的重要品种,但活性黑5存在乌黑度不高,提升力差,上染率、固色率低等缺点。 针对上述黑色活性染料存在的不足,本文在C.I.活性黑5优化合成工艺的基础上,依据染料分子结构与应用性能的关系,通过对蓝色谱活性染料分子的活性基团,分子共平面性以及对称性等因素的影响,对C.I.活性黑5的结构进行改进,设计了7支以H酸为染料中间体的蓝色谱活性染料(D-1到D-7),通过重氮偶合反应,根据不同的反应原料对重氮偶合的反应条件进行用量的调整,得到所设计的7支不同结构的偶氮系蓝色活性染料。采用红外光谱对染料的结构进行表征。 对合成的7支染料进行紫外可见吸收光谱分析,合成的7支蓝色活性染料其最大吸收波长均在590-630nm之间,适于作为拼黑时的藏青组分。对合成的染料在棉织物上的应用性能进行研究,将染料应用于棉织物的染色,测试了染料的上染速率曲线、固色速率曲线,测试了染料染色的SERF特征值,测试了各支染料在不同染料浓度下的提升力曲线。结果表明,染料D-2到染料D-7的上染率都高于染料D-1,其中D-3到D-7的上染率接近或大于90%；染料D-2到染料D-6的固色率高于染料D-1,而染料D-7固色率稍低于染料D-1,染料利用率高,所染得的织物颜色较深,染色残夜颜色较浅甚至接近于无色。6支新染料的染色特征值SR高于染料D-1。染料D-2在较低染料浓度时有较好的提升性,当染料浓度较高时提升效果较差；染料D-3到染料D-7有很好的提升性。 对7支蓝色谱染料的染色织物的色牢度进行研究,结果表明,染料的都有较好的耐摩擦牢度、耐水洗牢度和耐日晒牢度,满足应用要求。

关键词： DFB染料激光器   DFB结构设计   HPDLC结构   微结构制备  

摘要： 分布式反馈（Distributed Feedback，DFB）染料激光器作为一种新型的染料激光器，利用具有周期性折射率分布的分布式反馈结构同时作为激光器增益介质与谐振腔，具有结构紧凑，调谐方法简单，调谐方式多样以及可输出窄脉宽激光等优点。本文基于分布式反馈结构的机理，利用时域有限差分（finite difference timedomain，FDTD）法对分布式反馈结构的输出特性进行数值模拟，并实际制备掺染料分布式反馈微周期结构。 本文通过求解耦合波模型对分布式反馈结构的机理进行讨论，得到分布式反馈结构的激光阈值与振荡频率。为了对分布式反馈结构的输出特性进行数值模拟，引入一维至三维时域有限差分理论模型，并考虑完全匹配层边界条件。选择OptiFDTD软件设计适当的分布式反馈结构，之后对分布式反馈结构的输出特性进行模拟。 在数值模拟部分，本文首先对短调制周期情况下输出激光的可调谐与窄线宽特性进行模拟，并给出输出激光波长随介质有效折射率变化关系，同时考虑介质中不含液晶的情况作为对比。之后将调制周期扩大，对长调制周期情况下输出激光特性进行模拟，模拟结果表明在长调制周期下输出激光仍然满足窄线宽及可调谐特性，但可调谐范围减小。最后对周期结构中存在突变的情况，改变周期结构的边界条件与深度情况进行数值模拟，证明这些情况对微结构的输出特性存在微小影响。 在实验部分，本文首先对形成分布式反馈结构的掺染料全息聚合物分散液晶（holographic polymer-dispersed liquid crystals，HPDLC）基质进行制备，选择DCM以及PM567染料掺入以PDDA与DPHPA按等比例混合作为预聚物单体的HPDLC基质中，经12小时搅拌得到掺染料基质。之后根据HPDLC基质的光致聚合效应制备染料/聚合物与液晶周期性分布的微周期分布式反馈结构，所制备微结构的结构周期为10μm。对实际制备的微结构进行观察与定标，并对其荧光光谱，吸收光谱与ASE光谱进行测量，得到所制备结构具有宽荧光光谱以及对泵浦光具有较强吸收的特性。

关键词： 染料敏化太阳能电池   纳米棒   二氧化钛   氧化锌   一维   多级结构   对电极   柔性  

摘要： 传统化石能源的消耗速度越来越快,由此引发的能源枯竭和环境问题日趋严重,因而开发绿色可再生能源成为当前迫切需要解决的问题。太阳能清洁无污染、取之不尽用之不竭一直被认为最有潜力的新能源之一,而太阳能电池则是太阳能利用最有效、便捷的的途径。具有成本低廉、工艺简单、理论光电转换效率高等优势的染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells,简称DSSCs)现阶段愈来愈受到重视。染料敏化太阳能电池由导电基底、染料、纳米晶氧化物薄膜、电解质和对电极五部分组成,其中纳米晶氧化物薄膜起到吸附染料、分离和传输光生电子的作用,对电极起到催化还原的作用,两者是决定染料敏化太阳能电池光电转换效率的关键。本论文从高染料吸附量、快速电子传输和强光散射几个角度考虑,合成了一系列光阳极材料如锐钛矿相TiO2纳米棒,内部构建ZnO纳米棒的多级Ti02空心球和由纳米棒白组装而成金红石相Ti02微球,研究了几种材料用于DSSCs的光电性能。论文还制备了一种由三维TiN网络构成的免Pt、非FTO玻璃的低成本对电极,并组装了以钛箔为基底的全柔性染料敏化太阳能电池。 (1)合成了一维结构的锐钛矿相TiO2纳米棒并用于DSSCs光阳极。先将钛源在碱性条件下水解得到无定形的湿沉淀,用双氧水对无定形TiO2解胶得到透明、桔黄色过氧钛酸(PTA)溶胶。将PTA溶胶在120℃和150℃下分别水热反应4h和24h,发现在较低的温度和较短时间下得到都是梭形纳米棒,其直径为7～8nm、长度为20～50nm,而在150℃保温24h的条件下得到的是由纳米棒首尾相连的链状结构纳米棒,链状纳米棒的长度达到了80～100nm,链状结构纳米棒是由单个纳米晶之间通过“定向附着”生长得到的,主要驱动力来源于减少的高能{001}晶面表面能。XRD结果显示四种纳米棒均为纯的锐钛矿相Ti02,比表面积均超过110m2g-1,远高于以往文献报道值。选取120℃保温24h得到梭形纳米棒和150℃保温24h得到的链状纳米棒分别制备了染料敏化太阳能电池的光阳极,发现它们的染料吸附能力远超过商用P25TiO2颗粒,组装成电池后对其进行光电测试,合成纳米棒制备电池的短路电流密度和开路电压明显比P25电池高,用链状纳米棒制备电池效率达到了7.28%,比P25电池的4.60%的效率提高了58%,电化学阻抗谱表明,效率提升的主要原因是快速的电子传输和更长的电子寿命。 (2)用热水解-溶剂热两步法制备多级结构Ti02空心微球。首先通过调节溶液的介电常数控制硫酸钛的水解,使水解产物聚集成规整的球形结构；随后将微球进行溶剂热处理使其结晶并空心化,空心化的原理是微球内部的颗粒比外层颗粒尺寸小、曲率大从而具有更高的表面能,在高温高压处理时更容易通过"Ostwald"熟化溶解；XRD结果证实了溶剂热处理使二氧化钛微球从无定形转变为锐钛矿相；TEM的结果验证了空心结构是在溶剂热处理的过程中实现的,并可以观察到构成空心微球的基本单元是尺寸约为10nm的细小晶粒,小晶粒之间紧密的交错生长形成了多级结构。氮气等温吸-脱附测试证明了微球的介孔结构,比表面积可达108.0m2g-1,孔隙大小约为10nm。用这种多级结构的空心微球制备的光阳极光吸收能力强,在700～800nm波段的吸光度值达到了0.6,而同样厚度的小颗粒光阳极薄膜在该波段的吸光度值仅为0.1。由于多级结构Ti02空心微球具备更高染料吸附和较强的光散射能力,因此直接用于DSSCs光阳极薄膜可获得5.47%的光电转换效率。将其涂覆在小颗粒层表面作为散射层,可进一步将电池的光电转换效率提升到7.16%。在空心球Ti02微球光阳极的基础上,进一步通过化学水浴沉积在空腔内部构筑一维ZnO纳米棒,SEM观察光阳极截面发现单晶氧化锌纳米棒成功在空心球内部实现构筑。由于敏化时间不够,ZnO/TiO2复合光阳极光电转换效率并不高(5.25%),但这一效率比没复合的4.89%提升了7%。 (3)利用盐溶液水热法制备了多级结构金红石Ti02纳米棒微球。微球的直径为500～700nm,是由直径为30～40nm、长度约几百纳米的纳米棒基本单元组装而成,这种纳米棒微球的比表面积达到63.7m2g-,具有较强的染料吸附能力。观察了不同反应时间下水热产物的形貌,提出了“成核-组装-溶解-再结晶”的纳米棒微球形成机理,NaCl的主要作用是调节溶液的离子强度和促进纳米棒定向生长。将这种纳米棒微球涂覆在纳米晶小颗粒层表面,大大增强了电池的光捕获能力,紫外-可见漫反射光谱表明,原本几乎透明的纳米晶颗粒薄膜在加了一层大颗粒散射层后可以将60%的入射光折返回去。在7μμm厚的纳米晶颗粒薄膜表面加一层7μm厚的纳米棒微球散射层后,可以将电池的光电转换效率提升到7.32%,高于同厚度下纳米

关键词： 咔唑   苯并噻二唑   染料敏化剂   合成   光电性能  

摘要： 1991年,Gratze研究小组开发研制出了染料敏化太阳能电池(DSSCs),因其具有成本低,光电转换性能好等优点,一直备受学者们的广泛关注。染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的核心结构材料,与金属钌染料敏化剂相比,有机非金属染料敏化剂因分子结构易修饰,制作成本低和制作工艺简单等优点成为近年来研究的热点。以染料敏化剂的光电转换机理为依据,在前人的研究基础上,选择N-取代型咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,噻吩基或苯基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为最终键合受体,设计并合成三类共10个“D-A-π-A”新型咔唑染料敏化剂,并通过核磁和质谱对目标化合物进行表征,分析其合成反应过程及主要反应机理。并测试了染料的光谱吸收性能、电化学性能和光电转化性能,分析染料结构与光电转化性能的关系。选择以N-正丁基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为键合受体,设计并合成了 4个新型“D-A-π-A”结构的N-正丁基咔唑染料敏化剂。N-正丁基咔唑在NBS作用下发生溴代得到化合物3-溴-9-正丁基-咔唑,再依次分别与4,7-二溴-苯并噻二唑及5-甲酰基噻吩-2-硼酸、4-甲酰基苯基硼酸经两次Suzuki偶联反应得到含醛基中间体1-9和1-10,最后与氰基乙酸或罗丹宁乙酸经Knoevenagel缩合反应得到染料敏化剂ZXY-1～ZXY-4。对其光吸收性能和光电转化性能进行研究分析发现,以罗丹宁乙酸作为最终键合基团的染料分子ZXY-2和ZXY-4虽然具有较大的光吸收波长和摩尔吸光系数,但其IPCE仅分别为15%和40%,短路电流为4.12 mA/cm2和6.98 mA/Cmmm2,光电转换效率较低(1.65%～3.81%)。以氰基乙酸作为最终受体的染料ZXY-1和ZXY-3中,以噻吩为桥键的染料敏化剂ZXY-1,IPCE较高(65%),短路电流较大(12.08 mA/cm2);而以苯基为桥键的染料敏化剂ZXY-3,虽然吸光范围和摩尔吸光系数相对较低,但其开路电压较大,达到0.71 V。四种N-正丁基咔唑染料敏化剂中,以苯基作为桥键,氰基乙酸作为受体的染料敏化剂ZXY-3的光电转化效率最高(Jsc=10.99 mA/cm2,Voc=0.71V,FF=0.69,η=5.40%)。选择以N-苯基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为键合受体,设计并合成了 4个新型“D-A-π-A”结构的N-苯基咔唑染料敏化剂。N-苯基咔唑在NBS作用下发生溴代,再依次经两次Suzuki偶联,最后与氰基乙酸或罗丹宁乙酸经Knoevenagel缩合反应得到目标化合物ZXY-5～ZXY-8。性能测试结果表明,以罗丹宁乙酸作为最终键合基团的染料分子ZXY-6和ZXY-8,其紫外吸收波长和摩尔吸光系数较大,但IPCE只有7%～36%,短路电流小(2.29～5.97 mA/cm2),光电转换效率较低(0.82%～2.77%)。以苯基作为桥键,氰基乙酸作为最终受体的染料ZXY-7,具有较高的IPCE和开路电压,因而光电转化效率高(Jsc=9.14 mA/cm2,Voc=0.74V,FF=0.78,η=5.280%)。选择以N-正辛基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸为键合受体,设计并合成了两个N-正辛基咔唑类染料敏化剂。咔唑在NBS作用下发生溴代,然后与溴代正辛烷发生亲电取代,再依次经两次Suzuki偶联,与氰基乙酸经Knoevenagel缩合反应得到最终化合物ZXY-9和ZXY-10。染料性能测试结果表明,以噻吩为桥键的染料敏化剂ZXY-9,紫外可见吸收光谱红移,短路电流较大,光电转化效率高(Jsc=13.69 mA/cm2,Voc=0.64V,FF=0.64,η=5.62%)。