二氧化鈦納米管研究評述

二氧化鈦納米粒子與納米管結構中電子傳輸路徑的對比

　　管狀，多孔狀和圖案化基底上的TiO2納米管以及TiO2納米管上化學鍵和的p-n結的制備示意圖

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室材料表/界面研究組撰寫的有關二氧化鈦納米管研究的評述文章作為研究亮點在《材料化學期刊》發表，并成為該雜志網絡版2011年5月閱讀次數最多的十篇文章之一。該評述文章是對二氧化鈦納米管基太陽能電池研究工作的全面總結，詳細綜述了用于制備高性能太陽能電池的二氧化鈦納米管的制備、基于二氧化鈦納米管的幾類太陽能電池結構優化、實際應用及未來發展。

　　近年來，尋找清潔的可再生能源成為全球范圍的研究熱點。在眾多技術中，太陽能電池備受關注。科學家們發展了多種光電轉換材料以提高太陽能電池效率。銳鈦礦二氧化鈦作為一種環境友好的光功能材料，性質穩定，成本低，具有較高光催化性能和光電轉換效率，近年來迅速成為優異的光催化材料和太陽能電池材料并具有廣泛的應用前景。

　　固體潤滑國家重點實驗室材料表/界面研究組近年來致力于二氧化鈦納米管制備方法、結構優化及其在太陽能電池中應用的研究，取得了較系統的研究成果：(1)成功制備了高度有序的多孔型二氧化鈦納米管陣列材料，并實現了二氧化鈦納米管陣列的可控生長，其管徑可控范圍為20-250nm，管長為150nm-500μm，該材料在光催化、染料敏化太陽能電池、超疏水等領域展現出十分優異的性能。以此為基礎，研究人員將導電聚合物或金屬納米線和納米管沉積在二氧化鈦納米管中形成兩相交替排列的雜化復合材料，為高韌性二氧化鈦納米管/導電聚合物(半導體，金屬)納米線和納米管同軸材料的大面積制備提供了新的便捷途徑。(2)為了改善聚合物/二氧化鈦太陽能電池界面結合力，研究人員通過新的N-(3,4 二羥基苯乙基)-吡咯-2-甲酰胺(Dop-Py)仿生錨固劑組裝在二氧化鈦表面使吡咯(Py)單體在二氧化鈦納米管上電化學聚合，從而形成化學鍵和的 p-n異質結材料。使用仿生引發劑后，聚合速度更快，聚吡咯密度更大，聚吡咯與二氧化鈦間的界面結合力得到了極大改善，阻抗表征顯示電荷傳輸效率也得到了明顯改善，該化學鍵和的p-n結復合材料在光照和黑暗條件下的電阻呈現良好的可逆性。相關研究結果發表在Adv.Mater.(2009,21,1964–1967)、Chem.Mater.(2009,21,1198–1206)、Adv.Funct.Mater.(2009,19,1930–1938)、ACSNano(2009,3,1249–1257)和J.Mater.Chem.(2010,20,6910–6915)上。

　　以上工作得到了中國科學院“百人計劃”、國家自然科學基金和國家重點基礎研究發展計劃項目(973計劃)的資金支持。(來源：中科院蘭州化學物理研究所 張慧玲)