一锅法合成掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子

摘要

在本发明中公开了一锅法合成用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的具有低成本和高效率的掺杂Nb⁵⁺的TiO₂纳米粒子(NP)。所述具有0-5摩尔％Nb掺杂剂的掺杂Nb⁵⁺的TiO₂NP通过直接混合TiO₂浆料与Nb₂O₅凝胶、之后进行热处理而不使用水热法来制备，所述Nb₂O₅凝胶是通过对某一比率的NbCl₅粉末、乙醇与水的混合物进行UV处理来获得。如此制备的NP展现出具有均匀粒子分布的充分结晶的纯锐铁矿TiO₂相。Nb⁵⁺的并入导致可见光范围中更强和更宽的光吸收以及带隙随着Nb掺杂剂含量的增加而降低，这提高了光捕获和电子注入效率并且抑制了电荷复合。本方法提供了合成作为优异光电阳极材料的掺杂金属离子的n-型TiO₂纳米粒子的简单且有成本效益的大规模生产途径。

主权项

一种制备含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液的方法，其包括：(a)制备含有氯化铌(NbCl₅)的透明前体溶液；(b)用UV处理所述透明前体溶液；(c)离心所述经UV处理的透明前体溶液并且去除残余水以获得作为掺杂剂来源的含铌(Nb)聚合凝胶；(d)将TiO₂浆料添加到含有相应量的铌化合物的所述聚合凝胶中，之后进行高速混合和消泡，以获得在0.5‑5.0mol％范围的不同Nb/(Nb+TiO₂)摩尔比的均匀混合的不同TiO₂‑Nb复合浆料；和(e)将所述均匀混合的TiO₂‑Nb复合浆料热处理一段时间以获得所述含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液。