Mesoporöses TiO2-Eigelb

Scientific Reports Band 5, Artikelnummer: 14178 (2015) Diesen Artikel zitieren

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TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterschale wurden mithilfe einer templatfreien Eintopf-Solvothermalmethode synthetisiert, die auf der Aldolkondensationsreaktion von Acetylaceton aufbaut. Diese einzigartige Struktur zeigt eine hervorragende Lichtstreuungsfähigkeit, was zu einem Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung von bis zu 11 % führt. Diese Arbeit lieferte ein neues Synthesesystem für TiO2-Mikrokügelchen von massiv bis hohl und eine neuartige Materialplattform für Hochleistungssolarzellen.

Eine Struktur mit einem Innenraum kann immer weitere Spannungen und Interessen hervorrufen, daher ziehen Objekte mit einem Fassungsvermögen besonders die Aufmerksamkeit der Menschen auf sich. Für Nanomaterialien sind hohle Mikro-/Nanostrukturen ebenfalls faszinierend, da sie aufgrund ihrer einzigartigen Strukturen herausragende Eigenschaften wie ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis und einen überlegenen Lichtstreuungseffekt aufweisen, die sie für Anwendungen einschließlich Lithium-Ionen-Batterien vielversprechend machen1,2,3,4 ,5, Katalyse6,7,8,9, chemische Sensoren10,11,12 und Solarzellen13,14,15,16,17,18,19,20. Unter allen zuvor beschriebenen Hohlmaterialien sind TiO2-Mikrohohlkugeln aufgrund ihrer bemerkenswerten Eigenschaften, z. B. einer großen Oberfläche für die Farbstoffadsorption, einer geringen Dichte für die Elektrolytdiffusion und einer hervorragenden Lichtausbeute, als Photoanode in farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSCs) von großer Bedeutung Streueffekt zur Lichtgewinnung14,16,17,18,21. Bisher wurden viele Anstrengungen unternommen, um die Leistung von DSSCs unter Verwendung von TiO2-Hohlmaterialien als Photoanode zu verbessern, z. B. nanogeprägte Hohlkugeln14, Hohlkugeln17, mehrschalige poröse Hohlnanopartikel18 und seeigelartige Hohlkugeln19. Der gemeldete Leistungsumwandlungswirkungsgrad (PCE) von DSSCs auf Basis einer TiO2-Hohlstruktur hat 10,34 % erreicht14. Dennoch ist der PCE immer noch niedriger als wir erwartet hatten. Daher ist die Erforschung neuer Strategien zur Synthese von TiO2-Hohlmaterialien zur Erfüllung der Anforderungen einer besseren DSSC-Leistung äußerst wünschenswert.

In dieser Arbeit demonstrieren wir einen solvothermalen Eintopfansatz für die Synthese von TiO2-Mikrokügelchen, der auf der Aldolkondensationsreaktion in Acetylaceton zur Eliminierung von Wasser in Gegenwart von Ti-Komplexen basiert. Durch Steuerung der Reaktionszeit wurden Kugeln mit einstellbarer Morphologie, Größe und einstellbarer Innenstruktur von fest bis zur Dotter-Schale-Struktur erhalten. Bei der Anwendung als Photoanode in DSSCs zeigen die TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterschale im Vergleich zu kommerziellen 18-nm-Nanopartikelpasten von Dyesol einen überlegenen Lichtstreuungseffekt und ein höheres Farbstoffadsorptionsvermögen, was zu einem hohen PCE-Wert von bis zu 11 % führt. Unseres Wissens ist dies der erste Bericht, der auf der Acetylaceton-Kondensationsreaktion zur Synthese von TiO2-Mikrokügelchen aufbaut, und 11 % ist bisher der höchste PCE-Wert, bei dem Dotterschalen- oder hohle TiO2-Mikrokügelchen als Photoanode in DSSCs verwendet werden.

TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterschale wurden mithilfe einer Eintopf-Solvothermalmethode synthetisiert, die auf der Aldolkondensationsreaktion von Acetylaceton (acac) aufbaut. Ketone können in Gegenwart von Metallkomplexen eine Aldolkondensation eingehen und Wasser abspalten und sind vielversprechende Lösungsmittel für die Herstellung von TiO2-Nanomaterialien22,23. Interessanterweise findet in unserem ACAC-Reaktionssystem auch die Robinson-Cyclisierung statt. Das Auftreten von Aldolkondensations- und Cyclisierungsreaktionen wurde durch ESI-MAS-, 13CNMR- und FTIR-Studien nachgewiesen, nachgewiesen durch die Bildung von Kondensations- und Cyclisierungsprodukten und H2O (Abb. 1, Abbildung S1). Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Zugabe von Isopropylalkohol für die Bildung der TiO2-Dotter-Schale-Struktur sehr wichtig ist. Ohne Isopropylalkohol wurden nur feste Kugeln mit einem Durchmesserbereich von 900–1200 nm erhalten (Abbildung S2).

Vorgeschlagener Reaktionsmechanismus.

Vorgeschlagene Reaktion, die zur Bildung von Anatas in Acetylaceton führt.

Abbildung 2 zeigt die einzigartige Morphologie der so erhaltenen Dotterschalen-TiO2-Mikrokügelchen, die 6 Stunden lang bei 200 °C synthetisiert wurden. Auf den Bildern der Rasterelektronenmikroskopie (REM) (Abb. 2) können wir erkennen, dass die TiO2-Mikrokügelchen gut dispergiert sind, eine raue Oberfläche und einen Durchmesserbereich von 1–1,4 μm aufweisen. Das hochauflösende REM-Bild in Abb. 2b zeigt, dass die Kugeln eine Dotterschalenstruktur haben und aus TiO2-Nanopartikeln bestehen. Das Bild der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) (Abb. 2c, d) zeigt außerdem die einzigartige Kugel-in-Kugel-Struktur mit einer Schalendicke von ~80 nm. Aus Abb. 2d ist auch ersichtlich, dass die Dotter-Schale-Kugel eine poröse Struktur aufweist und aus TiO2-Nanokristallen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ~18 nm besteht. Das hochauflösende TEM-Bild bestätigt die hochkristalline Natur der so erhaltenen Dotterschalenkugeln (Abb. 2e).

Morphologie der TiO2-Dotter-Schale-Struktur.

(a,b) SEM-, (c,d) TEM- und (e) HRTEM-Bilder der TiO2-Dotterschalen-Mikrokügelchen, die 6 Stunden lang bei 200 °C synthetisiert wurden.

Um den Strukturentwicklungsprozess der YS-TiO2-Mikrokügelchen zu verstehen, führten wir zeitabhängige Experimente durch. Die Reaktionsmischung war vor der hydrothermischen Behandlung transparent und in der ersten 2-stündigen Reaktion trat kein Niederschlag auf. Nach 4-stündiger Reaktion wurden gleichmäßige, glatte, feste Kugeln mit einem Durchmesser von etwa 850 nm erhalten (Abb. 3a, b). Bei einer weiteren Erhöhung der Zeit auf 6 und 12 Stunden (Abb. 2 und 3c, d) bildeten sich Nanopartikel aus Schalen, was zur Bildung der einzigartigen Dotter-Schalen-Strukturen führte. Interessanterweise wurde auch festgestellt, dass diese Kerne mit der Zeit schrumpfen, wodurch ein größerer Zwischenraum entsteht. Darüber hinaus kommt es zu einem Wachstum des Außenkugeldurchmessers von 850 nm (4 h) auf ~1,4 (6 h) und ~1,6 μm (12 h).

Zeitabhängige Experimente.

SEM- und TEM-Bilder der TiO2-Mikrokügelchen, die bei 200 °C für 4 Stunden (a,b) und 12 Stunden (c,d) synthetisiert wurden, zeigen den Übergang der Innenstruktur von fest zur Dotterschale und die Oberflächenmorphologie von glatt zu rau.

Basierend auf den obigen Untersuchungen könnte die Bildung solcher Dotter-Schale-Strukturkügelchen die Keimbildung, die Aggregation von Nanopartikeln zu Kügelchen und den anschließenden Ostwald-Reifungsprozess einschließlich Kernauflösung und erneute Schalenablagerung beinhalten24,25,26. Wie in Abb. 4 dargestellt, konnte ACAC im Anfangsprozess mit der Ti-Quelle reagieren, um Wasser zu eliminieren und Titandioxid-Cluster zu bilden. Dann aggregieren die Cluster zu festen Kugeln. Mit zunehmender Reaktionszeit wird durch die Aldolkondensations- oder Cyclisierungsreaktion kontinuierlich Wasser erzeugt und mit den TiO2-Kugeln reagiert, was zur Auflösung und erneuten Ablagerung der Oberflächennanopartikel führt, nämlich dem typischen Ostwald-Reifungsprozess. Durch den Ostwald-Reifungsprozess bildeten sich Oberflächennanopartikel, die nach und nach zu einer dünnen Kugelhülle heranwuchsen. Folglich lösten sich die Kerne im Laufe des Prozesses allmählich auf, was zur neuartigen TiO2-Dotter-Schale-Struktur führte.

Vorgeschlagener Bildungsmechanismus.

Schematische Bildung von TiO2-Dotter-Schalen-Mikrostrukturen durch den Ostwald-Reifungsprozess.

Die Kristallstruktur der YS-TiO2-Mikrokugeln wird durch Röntgenbeugung (XRD) bestimmt. Abbildung 5a zeigt die reine Anatas-TiO2-Phase (JCPDS Nr. 21–1272) und die Kristallgröße wird auf etwa 17 nm geschätzt, was nahe dem im TEM-Bild beobachteten Wert liegt. Die Brunauer-Emmett-Teller (BET)-Oberfläche und die Porengrößenverteilung der YS-TiO2-Mikrokügelchen und DSL-18 wurden mithilfe von Stickstoffadsorptions- und -desorptionsisothermen bestimmt. Die BET-Oberfläche der YS-TiO2-Mikrokügelchen betrug 73 m2 g−1, ähnlich der von DSL-18 (76 m2 g−1) (Abb. 5b). Die große Oberfläche der Nanokristalle sollte die Farbstoffadsorption auf der TiO2-Oberfläche erleichtern. Die YS-TiO2-Mikrokügelchen weisen eine enge Porengrößenverteilung auf und die durchschnittliche Porengröße beträgt 11 nm (Abb. 5c) und ist damit kleiner als die von DSL-18 (30 nm). Diese mesoporöse Struktur könnte den Massentransport und die Diffusion des Elektrolyten in DSSC erleichtern.

Kristallstruktur, BET-Oberfläche und Porengrößenverteilung der Dotter-Hülle-TiO2-Mikrokügelchen, diffuse Reflexion und Farbstoff-desorbierte Spektren der YS-TiO2- und DSL-18-basierten Photoanodenfilme, IPCE von reinem YS-TiO2 und DSL-18-basiertem DSSC.

(a) XRD-Muster des YS-TiO2; (b) Stickstoffadsorptions-/Desorptionsisothermen und (c) die entsprechenden Barret-Joyner-Halenda (BJH)-Porengrößenverteilungsdiagramme von YS-TiO2 und DSL-18 nach dem Sintern; (d) Diffuse Reflexion und (e) Farbstoffdesorptionsspektren der Anodenfilme basierend auf YS-TiO2 und DSL-18. (e) Einfallende Photonen-zu-Elektronen-Umwandlungseffizienzen (IPCE) der auf YS-TiO2 und DSL-18 basierenden DSSCs. Hier betragen die Schichtdicken 7,1 μm für YS-TiO2 und 7,0 μm für DSL-18.

Um den Lichtstreuungseffekt und die Farbstoffadsorptionsfähigkeit der YS-TiO2-Mikrokügelchen zu untersuchen, wurden die YS-TiO2-Mikrokügelchen und der DSL-18-Photoanodenfilm mit der gleichen Dicke im Siebdruckverfahren auf das FTO-Glas gedruckt. Abbildung 5d zeigt, dass die YS-TiO2-Mikrokügelchen aufgrund des verstärkten Lichtstreuungseffekts, insbesondere im langen Wellenlängenbereich, eine stärkere Lichtreflexion als DSL-18 aufwiesen. Tatsächlich kann die überlegene Fähigkeit zur Lichtstreuung und -ernte durch IPCE nachgewiesen werden. Aus Abb. 5f können wir ersehen, dass das auf YS-TiO2-Mikrokügelchen basierende DSSC einen viel höheren IPCE aufweist als DSL-18, insbesondere im längeren Wellenlängenbereich von 570–800 nm, was auf die Fähigkeit zur Lichtstreuung zurückzuführen sein sollte27,28,29 . Abbildung 5e zeigt die Sättigungsadsorption des vom Anodenfilm auf YS-TiO2- und DSL-18-Basis desorbierten C101-Farbstoffs. Es ist ersichtlich, dass, obwohl die YS-TiO2-Mikrokügelchen eine ähnliche BET-Oberfläche wie DSL-18 haben, der auf YS-TiO2-Mikrokügelchen basierende Photoanodenfilm über eine höhere Fähigkeit zur Farbstoffbeladung verfügt als DSL-18.

In einer Solarzelle können Elektronentransport, Rekombination und Lebensdauer direkten Einfluss auf die photovoltaische Leistung haben. Daher wurde die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) der reinen DSSCs auf YS-TiO2- und DSL-18-Basis bei –0,73 V Vorwärtsvorspannung im Dunkeln gemessen, um das Verhalten des Elektronentransports und der Rekombination (Abb. 6) und die passenden Datenergebnisse zu untersuchen sind in Tabelle 1 angegeben. Aus Abb. 6 und Tabelle 1 können wir ersehen, dass die so erhaltenen DSSC auf YS-TiO2-Basis größere Ladungstransfer- und Rekombinationswiderstandswerte (Rct) aufweisen als DSSC auf der Basis von DSL-18-Nanopartikeln, was darauf hindeutet hat eine geringere Rekombinationsrate als DSSC auf Nanopartikelbasis. Darüber hinaus wird gemäß der Gleichung: τn(EIS) = Rct × Cμ21 die Elektronenlebensdauer für YS-TiO2 und DSL-18 mit 25,6 bzw. 19,5 ms berechnet. Das so erhaltene DSSC auf YS-TiO2-Basis zeigt eindeutig eine überlegene Elektronenlebensdauer im Vergleich zu den herkömmlichen DSSC auf TiO2-Nanopartikelbasis.

Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) von DSSCs.

(a) Nyquist-Diagramme von DSL-18- und YS-TiO2-basierten DSSCs, gemessen bei –0,73 V Vorwärtsvorspannung.

Aufgrund der großen Mikrometergröße der so erhaltenen YS-TiO2-Mikrokügelchen könnte ein Teil des Lichts an der FTO-TiO2-Grenzfläche zurückgestreut werden, daher kann dieser Teil des Lichts vom Farbstoff normalerweise nicht zur Erzeugung von Elektronen genutzt werden28,30. Darüber hinaus können die Konnektivität mit der FTO-Oberfläche und die Rekombination der erzeugten Elektronen die Leistung eines DSSC31,32 stark beeinflussen. Daher wurden in dieser Studie eine DSL-18-Nanopartikel-Unterschicht und eine TiCl4-Nachbehandlung eingesetzt, um die Leistung von YS-TiO2-basiertem DSSC27,28,33,34 zu verbessern, was zu einem hohen Jsc-Wert von 18,84 mA cm− führte 2 und führt somit zu einem PCE-Wert von bis zu 11,03 % (Abb. 7a, Tabelle 2). Zum Vergleich haben wir auch die DSL-18-basierte Photoanode mit der gleichen Dicke vorbereitet und unter den gleichen Bedingungen an DSSC montiert. Dagegen weist der DSL-18-basierte DSSC nur einen PCE-Wert von 8,01 % auf (Abb. 7a und Tabelle 2). Um dieses Ergebnis zu bestätigen, haben wir den IPCE beider DSSCs gemessen. Aus Abb. 7b können wir ersehen, dass das auf YS-TiO2-Mikrokügelchen basierende DSSC eine höhere IPCE im Wellenlängenbereich von 410–800 nm und insbesondere im längeren Wellenlängenbereich von 570 bis 800 nm aufweist. Der ähnliche IPCE bei kürzeren Wellenlängen könnte auf ähnliche Farbstoffbeladungskapazitäten beider Photoanodenfilme zurückgeführt werden, während der höhere IPCE im längeren Wellenlängenbereich auf die überlegene Lichtsammelfähigkeit zurückzuführen sein könnte, die durch den Lichtstreuungseffekt der Dotterschalen-Mikrokügelchen induziert wird18, 20.

Geräteleistung von DSSCs.

JV-Eigenschaften (a) und einfallende Photonen-zu-Elektronen-Umwandlungseffizienzen (IPCE) (b) der auf YS-TiO2 und DSL-18 basierenden DSSCs.

Wir haben einen Eintopf-Solvothermal-Ansatz demonstriert, bei dem Acetylaceton als Reaktionslösungsmittel zur Synthese der einzigartigen TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterschale eingesetzt wird. Der Reaktionsmechanismus wurde durch FTIR, 13CNMR und ESI-MS nachgewiesen. Durch die Steuerung der Reaktionszeit konnten der Durchmesser und der Innenraum der Mikrokügelchen angepasst werden. Wichtig ist, dass die Dotterschalen-TiO2-Mikrokügelchen erfolgreich als Photoanode zum Aufbau von DSSC eingesetzt wurden. Aufgrund der großen BET-Oberfläche und des überlegenen Lichtstreuungseffekts weisen die auf Dotterschalen-TiO2-Mikrokügelchen basierenden DSSC einen hohen PCE-Wert von bis zu 11,03 % auf. Diese Arbeit bietet einen neuen Ansatz für die Synthese von TiO2-Mikrokügelchen von der Feststoff- zur Dotter-Schale-Struktur und bietet eine neue Materialplattform für Lithiumbatterien, Katalysatoren und andere Anwendungen.

Alle Chemikalien wurden von Aldrich gekauft und wie erhalten verwendet. TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterschale wurden über einen nichtwässrigen Solvothermalprozess synthetisiert. Bei einer typischen Synthese wurde Acetylaceton (acac, 10 ml) unter kräftigem Rühren in 40 ml Isopropylalkohol gelöst. Dann wurde Tetra-n-butyltitanat (TBT, 2 ml) schnell in die Lösung getropft. Nach 5-minütigem Rühren bei Umgebungsbedingungen wurde die transparente gelbliche Mischung in einen 100-ml-Teflon-ausgekleideten Edelstahlautoklaven überführt. Nach 6-stündiger Behandlung bei 200 °C wurde der gelblich-braune Niederschlag durch Zentrifugieren gesammelt, mehrmals mit Ethanol gewaschen und bei 60 °C getrocknet.

Für die Photoanode wurden einschichtige Filme (entweder DSL-18 oder YS-TiO2) durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 34T im Siebdruckverfahren auf TCO-Glas vom FTO-Typ gedruckt. Die Filme wurden vor dem Aufbau der Solarzelle 30 Minuten lang bei 510 °C gesintert. Eine 300 μM-Portion Cheno-3a,7a-dihydroxy-5b-cholsäure wurde mit einer äquimolaren Menge C101-Komplex in einer Mischung aus tert-Butanol und Acetonitril-Lösungsmittel (Volumenverhältnis 1:1) gelöst. Nach dem Waschen mit Acetonitril und dem Trocknen an der Luft wurden die über Nacht sensibilisierten Elektroden mit einer 60 μm dicken Surlyn-Dichtung versiegelt und durch Erhitzen mit der Pt-modifizierten TEC15-TCO-Gegenelektrode geschmolzen. Letzteres wurde hergestellt, indem ein Tropfen einer 5 mM H2PtCl6-Isopropylalkohollösung auf die Gegenelektrode verteilt wurde, bevor sie 30 Minuten lang bei 450 °C unter Luft behandelt wurde. Durch Sandstrahlen wurde ein Loch in die Gegenelektrode eingebracht, wodurch der Innenraum zwischen den beiden Elektroden mithilfe eines Vakuum-Hinterfüllsystems mit flüchtigem Elektrolyt gefüllt und anschließend mit einer dünnen Glasscheibe abgedichtet wurde. Der Elektrolyt bestand aus 1 M DMII, 50 mM LiI, 30 mM I2, 0,5 M tert-Butylpyridin und 0,1 M GuNCS in einem Lösungsmittelgemisch aus 85 Vol.-% Acetonitril und 15 Vol.-% Valeronitril.

Die Morphologie der Proben wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (FEI XL-30 SFEG gekoppelt an ein TLD) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, JEM-200CX; JEOL) untersucht. Die Röntgenbeugungsmuster (XRD) wurden mit einem Bruker-AXS-Mikrodiffraktometer (Modell D5005) mit Cu-Kα-Strahlung (λ = 1,5406 Å) aufgezeichnet. Die Oberfläche, das Porenvolumen und die Porengröße wurden unter Verwendung eines Stickstoffadsorptions-/Desorptionsgeräts von Micromeritics (TriStar II 3020 V1.03, Micromeritics Instrument Corporation) bewertet. Ultraviolett-sichtbare (UV-Vis) diffuse Reflexionsspektroskopie und Absorptionsspektroskopie wurden mit dem UV-Vis-Spektrophotometer (SOLID3700, Shimadzu Co. Ltd, Japan) durchgeführt. Die nach der Solvothermalreaktion erhaltene Produktlösung wurde filtriert, um alle verbleibenden Partikel zu entfernen, und dann durch Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (ESI-MS) (LCQ Fleet), 13C-Flüssigkeits-NMR (Bruker DRX-400) und Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FTIR) analysiert ) (Thermofischer IS50R, USA).

Die (JV)-Messungen wurden mit einem digitalen Quellmessgerät Modell 2420 von Keithley durchgeführt, das von der Testpoint-Software gesteuert wurde. Die simulierte AM 1,5-Beleuchtung wurde von einem Newport-Sonnensimulator bereitgestellt und die Lichtintensität wurde mit einer kalibrierten Si-Solarzelle gemessen. Die aktive Fläche der Zellen wurde durch eine Maske auf 5 × 5 mm2 definiert. IPCE-Spektren wurden mit einer spektralen Auflösung von 5 nm unter Verwendung einer 300-W-Xenonlampe und eines Gittermonochromators mit Sortierfiltern (Newport/Oriel) gemessen. Der einfallende Photonenfluss wurde mithilfe einer kalibrierten Silizium-Fotodiode (Newport/Oriel) bestimmt. Photoströme wurden mit einem Stromverstärker mit automatischer Bereichswahl (Newport/Oriel) gemessen. Die Steuerung des Monochromators und die Aufzeichnung der Photostromspektren erfolgten mit einem PC, auf dem die TRACQ Basic-Software (Newport) lief.

Zitierweise für diesen Artikel: Li, Z.-Q. et al. Mesoporöse TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterhülle für farbstoffsensibilisierte Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad von mehr als 11 %. Wissenschaft. Rep. 5, 14178; doi: 10.1038/srep14178 (2015).

Wang, Z., Zhou, L. & Lou, XW Metalloxid-Hohlnanostrukturen für Lithium-Ionen-Batterien. Adv. Mater. 24, 1903–1911 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Tian, Q., Tian, Y., Zhang, Z., Yang, L. & Hirano, SI Einfache Synthese ultrakleiner, in Kohlenstoff eingebetteter Zinnoxid-Nanopartikel als Hochleistungsanode für Lithium-Ionen-Batterien. J. Power Sources 269, 479–485 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zhou, M., Liu, Y., Chen, J. & Yang, X. Doppelschalige hohle SnO2/Polymer-Mikrokugel als Anodenmaterial mit hoher Kapazität für überlegene reversible Lithiumionenspeicherung. J. Mater. Chem. A 3, 1068–1076 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Jiang, YM et al. Aus Li4Ti5O12/TiO2-Hohlkugeln zusammengesetzte Nanoflocken mit bevorzugt freiliegenden Li4Ti5O12 (011)-Facetten für Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 6, 19791–19796 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Ren, H. et al. Mehrschalige TiO2-Hohlmikrokugeln als Anoden mit überlegener reversibler Kapazität für Lithium-Ionen-Batterien. Nano Lett. 14, 6679–6684 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Li, H. et al. Mesoporöse Titandioxidkugeln mit einstellbarer Kammerstruktur und erhöhter photokatalytischer Aktivität. Marmelade. Chem. Soc. 129, 8406–8407 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, S., Yu, J. & Jaroniec, M. Einstellbare photokatalytische Selektivität hohler TiO2-Mikrokugeln, bestehend aus Anatas-Polyedern mit freiliegenden {001}-Facetten. Marmelade. Chem. Soc. 132, 11914–11916 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Li, S., Tuel, A., Laprune, D., Meunier, F. & Farrusseng D. Übergangsmetall-Nanopartikel in hohlen Zeolith-Einkristallen als bifunktionale und größenselektive Hydrierungskatalysatoren. Chem. Mater. 27, 276–282 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Rui, W. et al. Templatfreie Synthese von hohlem Stickstoff-dotiertem Kohlenstoff als effiziente Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffreduktionsreaktion. J. Power Sources 274, 645–650 (2015).

Artikel Google Scholar

Chen, M., Ye, C., Zhou, S. & Wu, L. Jüngste Fortschritte bei Anwendungen und Leistung anorganischer Hohlkugeln in Geräten. Adv. Mater. 25, 5343–5351 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Huang, J., Wang, L., Gu, C. & Shim, JJ Herstellung hohler poröser SnO2-Mikrowürfel und ihre Gaserkennungseigenschaft. Mater. Lette. 136, 371–374 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Katoch, A., Kim, JH & Kim, SS TiO2/ZnO innere/äußere doppelschichtige Hohlfasern zur verbesserten Erkennung reduzierender Gase. ACS-Appl. Mater. Schnittstellen 6, 21494–21499 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Dong, Z. et al. Fünffachschalige SnO2-Hohlmikrokugeln mit hervorragender Lichtstreuung für leistungsstarke farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Adv. Mater. 26, 905–909 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Koo, HJ et al. Nanogeprägtes hohles kugelförmiges TiO2 als bifunktionales Material für hocheffiziente farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Adv. Mater. 20, 195–199 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Qian, J. et al. TiO2-beschichtete mehrschichtige SnO2-Hohlmikrokugeln für farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Adv. Mater. 21, 3663–3667 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Wang, H. et al. Einkristalline Rutil-TiO2-Hohlkugeln: Synthese bei Raumtemperatur, maßgeschneiderte Extinktion des sichtbaren Lichts und effektive Streuschicht für quantenpunktsensibilisierte Solarzellen. Marmelade. Chem. Soc. 133, 19102–19109 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, SC et al. Durch kolloidale Templatierung erhaltene hohle TiO2-Halbkugeln für die Anwendung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen. Adv. Mater. 20, 1059–1064 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Hwang, SH, Yun, J. & Jang, J. Mehrschalige poröse TiO2-Hohlnanopartikel für eine verbesserte Lichtgewinnung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen. Adv. Funktion. Mater. 24, 7619–7626 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Pan, JH et al. Groß angelegte Synthese von Urchin-ähnlichen mesoporösen TiO2-Hohlkugeln durch gezieltes Ätzen und ihre photoelektrochemischen Eigenschaften. Adv. Funktion. Mater. 24, 95–104 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Dong, Z. et al. Präzise Steuerung mehrschaliger ZnO-Hohlmikrokugeln für farbstoffsensibilisierte Solarzellen mit hoher Effizienz. Adv. Mater. 24, 1046–1049 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Lei, BX et al. Eine einfache templatfreie Route zur Synthese von Anatas-TiO2-Hohlkugeln für farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Elektrochim. Acta 143, 129–134 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Garnweitner, G., Antonietti, M. & Niederberger, M. Nichtwässrige Synthese kristalliner Anatas-Nanopartikel in einfachen Ketonen und Aldehyden als Sauerstoff liefernde Mittel. Chem. Komm. 3, 397–399 (2005).

Artikel Google Scholar

Liu, B. et al. Dotieren von mesoporösen TiO2-Mikrokügelchen mit großer Oberfläche mit Carbonat für die Wasserstoffproduktion im sichtbaren Licht. Energieumwelt. Wissenschaft. 7, 2592–2597 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Zeng, HC Synthese und Selbstorganisation komplexer Hohlmaterialien. J. Mater. Chem. 21, 7511–7526 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, Y. et al. Einheitliche mesoporöse Anatas-Brookit-Biphasen-TiO2-Hohlkugeln mit hoher Kristallinität durch Ostwald-Reifung. J. Phys. Chem. C 117, 21718–21723 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, Y. et al. Gleichmäßige mesoporöse Anatas-Hohlkugeln: Ein unerwartet effizienter Herstellungsprozess und verbesserte Leistung bei der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung. Chem. EUR. J. 20, 1–7 (2014).

Artikel Google Scholar

Sauvage, F. et al. Farbstoffsensibilisierte Solarzellen, die einen einzigen Film aus mesoporösen TiO2-Kügelchen verwenden, erreichen einen Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung von über 10 %. ACS Nano 4, 4420–4425 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Heiniger, LP, Giordano, F., Moehl, T. & Graetzel, M. Mesoporöse TiO2-Perlen bieten einen verbesserten Massentransport für kobaltbasierte Redoxpaare, was zu hocheffizienten farbstoffsensibilisierten Solarzellen führt. Adv. Energie Mater. 4, 1400168 (2014).

Artikel Google Scholar

Huang, F., Chen, D., Zhang, XL, Caruso, RA & Cheng, YB Doppelfunktionsstreuschicht aus mesoporösen TiO2-Kügelchen in Submikrometergröße für hocheffiziente farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Adv. Funktion. Mater. 20, 1301–1305 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Wu, WQ, Beispiellos hohe Photostromdichte. J. Phys. Chem. C 118, 16426–16432 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Ding, Y. et al. TiO2-SUBMIKROSPHÄREN ALS BIFUNKTIONALE STREUSCHICHT FÜR HOCHLEISTUNGSFÄHIGE FARBSTOFFSENSIBILISIERTE SOLARZELLEN. Nano 9, 1440007 (1-8) (2014).

Artikel Google Scholar

Ding, Y. et al. Nanokristalline TiO2-Schicht als Brücke zwischen der TiO2-Submikrosphärenschicht und Substraten für hocheffiziente farbstoffsensibilisierte Solarzellen. J. Power Sources 272, 1046–1052 (2014).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wu, WQ, Xu, YF, Rao, HS, Su, CY & Kuang, DB Multistack-Integration dreidimensionaler hyperverzweigter Anatas-Titanoxid-Architekturen für hocheffiziente farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Marmelade. Chem. Soc. 136, 6437–6445 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Lee, SW, Ahn, KS, Zhu, K., Neale, NR & Frank, AJ Auswirkungen der TiCl4-Behandlung nanoporöser TiO2-Filme auf Morphologie, Lichtgewinnung und Ladungsträgerdynamik in farbstoffsensibilisierten Solarzellen. J. Phys. Chem. C 116, 21285–21290 (2012).

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Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 21173228 und 61204075), dem National High Technology Research and Development Program of China (Nr. 2015AA050602) und der China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2014M551825) unterstützt.

Schlüssellabor für neuartige Dünnschichtsolarzellen, Institut für Angewandte Technologie, Hefei-Institute für Physikalische Wissenschaften, Chinesische Akademie der Wissenschaften, 230031, Hefei, Anhui, VR China

Zhao-Qian Li, Wang-Chao Chen, Fu-Ling Guo, Li-E Mo, Lin-Hua Hu und Song-Yuan Dai

Beijing Key Laboratory of Novel Thin-Film Solar Cells, North China Electric Power University, 102206, Peking, VR China

Song-Yuan Dai

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ZQL, FLG, LHH und SYD haben das Projekt konzipiert. ZQL entwickelte und führte die Materialsynthese und -charakterisierung durch. WCC führte ESI-MAS-, 13CNMR- und FTIR-Messungen durch. ZQL und LEM stellten Solarzellen und optoelektronische Geräte her und charakterisierten sie. ZQL, LHH und SYD haben das Manuskript geschrieben. Alle Autoren kommentierten das Manuskript.

Die Autoren geben an, dass keine konkurrierenden finanziellen Interessen bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Li, ZQ., Chen, WC., Guo, FL. et al. Mesoporöse TiO2-Mikrokügelchen mit Dotterhülle für farbstoffsensibilisierte Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad von mehr als 11 %. Sci Rep 5, 14178 (2015). https://doi.org/10.1038/srep14178

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Eingegangen: 12. Juni 2015

Angenommen: 19. August 2015

Veröffentlicht: 18. September 2015

DOI: https://doi.org/10.1038/srep14178

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