复合纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米纤维与纳米晶复合材料，光电转化/能源领域，具体涉及一种Ag-T i 02复合纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]二氧化钛(T12)因廉价、无毒在薄膜太阳能电池中具有重要的应用前景。利用其半导体特性制备的电极，作为一种新型纳米结构半导体，目前已经在光电性能方面开发了一些实际的应用。
[0003]然而，T12禁带宽度大(锐钛矿，3.2ev)、太阳光利用率低、光生电子与空穴易复合等限制了其在光电领域的规模化应用。当前，已经发展了多种提高1102光电转化效率方法。其中，贵金属沉积所形成的金属-半导体电极，能使光生电子在Ag岛上富集，光生空穴向T12晶粒表面迀移，从而促进光生电子和空穴的有效分离，提高光电转换效率。贵金属Ag由于其良好的导电性及较低的价格而得到了广泛应用。
[0004]但是，当前的Ag负载技术难以在T12M料表面均勾、牢固地负载，导致Ag沉积的打02量子产率得不到有效的提高。因此，研制具有高量子产率Ag均匀沉积的Ag-T12半导体光电转换材料是解决当前光电转换技术的重点。此外，T12纳米材料的制备方法虽多，但对于均一有序的一维1102复合纳米材料的制备，目前仍缺乏廉价而有效的控制手段。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种々8-1102复合纤维的制备方法，高效率、低成本地制备均一有序的一维T12复合纳米纤维的方法，并将其应用于光电领域，探索T12纤维复合材料在薄膜太阳能电池中的规模化应用。利用Ag纳米晶均匀沉积提高T12纤维材料光电转换效率的方法，通过调节Ag纳米晶在T12纳米纤维中的沉积量，促进电子-空穴的有效分离；通过调节Ag局域表面等离激元共振，增强1102的光吸收能力。
[0006]本发明提供的一种八8-1102复合纤维的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)、将硝酸银无水乙醇溶液逐滴加到钛酸四丁酯的冰醋酸溶液中，搅拌混匀后，加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌均匀，静置至气泡完全消失，得到前驱体溶液；
[0008](2)、将步骤⑴制备的前驱体溶液移入注射器中，通过静电纺丝制备纳米纤维前驱物；
[0009](3)、将步骤(2)制备的纳米纤维前驱物在空气中焙烧，得到Ag-T12复合纤维。
[0010]进一步的，步骤(I)中所述的硝酸银无水乙醇溶液浓度为2.5?15g/L ;
[0011]步骤⑴中所述钛酸四丁酯的冰醋酸溶液浓度为1L/L ;
[0012]步骤(I)中硝酸银、钛酸四丁酯和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为20?120mg:1ml:3 ?4g ;
[0013]步骤(I)中硝酸银无水乙醇溶液所用无水乙醇与钛酸四丁酯的冰醋酸溶液所用冰醋酸的体积比8:1?10:1 ;
[0014]进一步的，步骤(I)中硝酸银无水乙醇溶液制备方法为:将20?120mg的硝酸银固体加入8?1mL无水乙醇中磁力搅拌使其溶解，配制成硝酸银无水乙醇溶液。
[0015]进一步的，步骤⑴中钛酸四丁酯冰醋酸溶液的制备方法为:将ImL钛酸四丁酯溶入ImL冰醋酸中，磁力搅拌Ih得到钛酸四丁酯冰醋酸溶液。
[0016]进一步的，步骤(2)中通过静电纺丝制备纳米纤维前驱物参数控制为:进样速度为0.5mL 纺丝间距为15cm，针头接入正极，铝箔接入负极，调节电压为16kV，在作为负极的铝箔上收集到一层复合纳米纤维毡，将复合纳米纤维毡在60?90°C干燥I?2h。
[0017]进一步的，步骤(3)中焙烧条件为:将步骤(2)制备的纳米纤维前驱物马弗炉中，以2V.miiT1的升温速率升至500°C，保持2h。
[0018]分别将Ag纳米颗粒、T12纳米纤维、Ag-T1 2复合纤维修饰在玻碳电极上，并采用电化学工作站时间-电流法系统地研宄了在λ = 405nm的激光(140mW/cm2)辐照下Ag、1102及Ag-T1 2修饰电极的光电流响应情况。
[0019]本发明提出了一种八8-1102复合纤维的制备方法，利用静电纺丝技术制备Ag-T1 2复合材料，通过调节静电纺丝的纺丝参数和过程参数达到控制纤维尺寸及形貌的目的，通过调节复合纤维中Ag纳米晶沉积量优化材料的光电性能。相比于现有技术的制备1102光电转换材料的方法，本发明克服了打02材料比表面积小、光生电子与空穴复合几率高以及对光生载流子量子化效率低的缺点，并且Ag纳米晶在复合材料中有很好的可调节性，同时这种材料的制备工艺简单、易重复。由于Ag纳米晶的局域等离激元共振效应，可显著增加材料对特定波长光的吸收，并且Ag纳米晶沉积可促进T12光生电子与空穴的有效分离，这就使该复合材料理论上具有良好的光电转换特性，同时光电转换的效率也可以很方便的通过调节Ag纳米晶沉积量和入射光波长及光功率来实现。
[0020]因此本发明提供了一种高效率、低成本制备贵金属纳米晶均匀沉积的一维1102纳米复合纤维的新方法，并且有效提高了 T12材料的光电转换性能，相比于单一的T12纤维材料，该复合材料的光电转换效率有近4倍的提高。
【附图说明】
[0021]图1为实施例制备的八8-1102复合纤维的扫描电镜图；
[0022]图2为实施例1制备的Ag-T12复合纤维的X射线衍射图；
[0023]图3a 为在 λ = 405nm 的激光(140mW/cm2)福照下 Ag、T1；^ Ag-T1 2修饰电极的光电流响应情况；
[0024]图3b为Ag/Ti02质量比分别为5%，10%，30%的Ag-T1 2复合纤维电极的光电流密度数值；
[0025]图3c为光功率对八8-1102复合纤维光电转换效率的影响；
[0026]图3d为Ag-T12复合纤维光电极的稳定性情况。
[0027]实施例1
[0028]一种Ag-T12 (1wt % Ag)复合纤维的制备方法，包括以下步骤:
[0029]I)前驱体溶液的配制
[0030]溶液1:首先将40mg的硝酸银固体加入8mL无水乙醇中磁力搅拌使其溶解，配制成硝酸银无水乙醇溶液。
[0031]溶液2:将ImL钛酸四丁酯溶入ImL冰醋酸中，磁力搅拌lh。
[0032]然后将溶液I逐滴加入到溶液2中，再加入3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在室温下磁力搅拌6h，再静置一段时间，待气泡完全消失，得到棕黄色、透明、均一的静电纺丝前驱体溶液。
[0033]2)前驱体纤维的制备
[0034]基于静电纺丝技术制备银掺杂的二氧化钛纳米纤维，将配制好的前驱体溶液移入注射器中，设置进样速度为0.5mL.h—1，纺丝间距为15cm，针头接入正极，铝箔接入负极，调节电压为16kV，在作为负极的铝箔上就会收集到一层复合纳米纤维毡。将复合纳米纤维毡在60°C干燥2h。
[0035]3) Ag-Ti O2复合材料制备
[0036]用干净的刀片将样品取下放入坩祸中，再置于马弗炉中，以ZOmirT1的升温速率升至500°C