Name: Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: Scopri come fabbricare fotoanodi per celle solari sensibilizzate a tinte mediante elettrospinning di nanofibre inorganiche unidimensionali. Questo metodo migliora l'efficienza del dispositivo grazie alla direzionalità delle nanostrutture.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Gli autori non hanno alcun riconoscimento.

1. Preparazione della soluzione del precursore NOTA: Prima dell&#39;uso consultare tutte le schede tecniche di sicurezza relative ai materiali (MSDS). Molte delle sostanze chimiche utilizzate in questa procedura sono dannose e / o tossiche per l&#39;uomo. I nanomateriali possono avere ulteriori rischi rispetto alla loro controparte di massa. Utilizzare le misure di sicurezza appropriate e le attrezzature di protezione individuale. <ol><li> Posizionare 5 g di n-butossido di titanio (IV), 1 g di polivinilpirrolidone (PVP), 1 ml di acido acetico glaciale e 10 ml di etanolo assoluto in un flaconcino di campione. </li><li> Utilizzare una piastra magnetica per mescolare la soluzione fino a diventare omogenea e non si possono osservare bolle. </li></ol> 2. Elettrospinning e calcina dei nanopieti <ol><li> Preparare l&#39;ago utilizzato per il processo di elettrospinning tagliando la punta di un ago da 21 G e levigandolo con carta moderata a smerigliatura finché la punta non è completamente piatta. </li><li> Montare la necessitàLe su una siringa da 10 ml usa e getta. </li><li> Caricare una parte della soluzione precursore nella siringa e posizionarla sulla pompa della siringa. </li><li> Avvolgere la piastra del collettore in foglio di alluminio e posizionarla direttamente davanti alla punta dell&#39;ago. NOTA: la distanza dall&#39;ago alla piastra deve essere di 20 cm. </li><li> Collegare la piastra del collettore al suolo e l&#39;ago alla fonte di alimentazione ad alta tensione. </li><li> Posizionare lo schermo di protezione intorno alla configurazione. </li><li> Impostare la portata sulla pompa della siringa a 1 mL / h e iniziare a pompare. </li><li> Appena una soluzione compare alla punta dell&#39;ago, accendere la sorgente ad alta tensione e impostarla a 15 kV. NOTA: a questo punto, le fibre stanno per raccogliere sul piatto. Il montaggio deve essere lasciato funzionare per tutto il tempo necessario per ottenere lo spessore desiderato della stuoia di fibra. </li><li> Una volta completata la filatura, spegnere la sorgente ad alta tensione e la pompa della siringa. Rimuovere la lamina dalla piastra del collettore. </li><li> Lasciate che le fibre restino oVernight e poi scollegarli dal foglio di alluminio. </li><li> Mettere le fibre sbucciate in un crogiolo e posizionarlo in un forno a muffola. </li><li> Calcinare le fibre impostando una rampa di temperatura di 5 ° / min fino a 500 ° C e mantenendo per 2 ore di rimuovere il PVP e produrre nanofibre TiO2 puro. </li><li> Una volta completato il processo di calcinazione, lasciare la fornace chiusa fino alla temperatura inferiore a 80 ° C per evitare scosse termiche che potrebbero danneggiare le fibre. </li></ol> 3. Fabbricazione degli elettrodi <ol><li> Preparazione delle sospensioni <ol><li> Aggiungere 500 mg di pasta di biossido di titanio a 20 ml di etanolo in un pallone a tondo rotondo. </li><li> In un flacone separato, mescolare 500 mg di TiO 2 -NFs elettrospuan con altri 20 mL di etanolo. </li><li> Sonicare le soluzioni per 2 ore usando un sonicatore da bagno. </li><li> Una volta ottenute miscele omogenei, aggiungere 2 mL di terpineol a ogni pallone e sonicare per unAltri 15 min. </li><li> Evaporare il solvente da entrambi i flaconi usando un evaporatore rotante per ottenere le slurrie. </li></ol></li><li> Pettinatura e sinterizzazione del dottore <ol><li> Utilizzando una taglierina di vetro diamantata, tagliare una scorrevole in vetro FTO conducente in un quadrato di 2 cm x 2 cm. </li><li> Fissare il diaframma FTO all&#39;area di lavoro posizionando il nastro adesivo sul vetrino, lasciando una zona esposto al centro di 0,4 cm. Per evitare un rivestimento irregolare, posizionare il nastro prima su due lati paralleli e poi sugli altri due. </li><li> Depurare alcune gocce di slurry TiO 2 -NP sul centro esposto della diapositiva. </li><li> Utilizzare una lama di rasoio per diffondere uniformemente la sospensione sull&#39;area esposta. </li><li> Una volta ottenuto un rivestimento uniforme, rimuovere attentamente il nastro adesivo. </li><li> Posizionare il vetrino rivestito in forno e sinterizzarlo a 500 ° C per 2 ore. </li><li> Ripetere i passaggi 3.2.2-3.2.6 sulla stessa slitta FTO, questa volta utilizzando la slitta di TiO 2 -NF anzichéLe nanoparticelle, per ottenere il photoanode. </li></ol></li></ol> 4. Caratterizzazione NF <ol><li> Caratterizzazione SEM <ol><li> Preparare il campione per SEM collegando una striscia di nastro adesivo al carbonio ad uno stoppino del microscopio. Collocare con attenzione una piccola quantità di nanofibre sul nastro. </li><li> Montare lo stoppino su un supporto di campionamento e caricarlo nella camera di scambio dello strumento. </li><li> Impostare le condizioni e i parametri dello strumento: impostare la tensione di accelerazione a 20 kV e la distanza di lavoro a 10 mm. </li><li> Raccogli le immagini del campione, facendo attenzione a mostrare la morfologia complessiva del materiale. </li></ol></li><li> Caratterizzazione XRD <ol><li> Macinare delicatamente alcuni nanofibre in una polvere fine e spargli uniformemente su una fase XRD. </li><li> Caricare il campione nel diffrattometro. </li><li> Impostare i parametri di acquisizione: utilizzare un angolo di avvio di 10 °, un angolo finale di 80 °, unDa dimensione passo di 0,015 °. </li><li> Avviare l&#39;acquisizione dei dati XRD. </li></ol></li></ol> 5. Fabbricazione delle cellule solari <ol><li> Trattare il photoanode con una soluzione acquosa di TiCl 4 a 75 ° C per 45 min. Dopo il trattamento, lavare con acqua deionizzata e asciugarlo. </li><li> Sensibilizzare il photoanode submergerlo in una soluzione 0,5 mM di colorante rutenio N719 in etanolo assoluto per 24 ore in condizioni di buio. </li><li> Posizionare un foglio di pellicola di tenuta sulla parte superiore del photoanode sensibilizzato per servire come guarnizione termoplastica tra il photoanodo e il controrotante. </li><li> Mettere un contatore elettrodo FTO rivestito in Pt con un foro preforato al centro, sulla parte superiore del film sigillante, in modo che entrambe le facce si affacciino a vicenda. </li><li> Riscaldare la cella assemblata a 100 ° C per 15 minuti per sigillare la guarnizione. </li><li> Depurare alcune gocce di un mediatore redox, costituito da una soluzione di ioduro di 1-propil-3-metilimidazolium (0,8 M), di iodio (0,1 M)E benzimidazolo (0,3 M) in 3-metossipropionitrile, sopra il foro preforato del controelettrodo. </li><li> Mettere la cella in un desiccatore a vuoto per lasciare che il mediatore redox riempisse lo spazio interno della cella assemblata. </li></ol> 6. Caratterizzazione della curva JV <ol><li> Acquisire le curve JV utilizzando un contatore di sorgente digitale sotto illuminazione da 100 mW / cm 2 da una sorgente ad arco xeno passato attraverso un filtro AM1.5G. </li></ol>

<ol><li>O'Regan, B., Grätzel, M. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v353/n6346/abs/353737a0.html">A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films.</a> Nature. 353 (6346), 737-740 (1991).</li>
<li>Lee, C. H., Chiu, W. H., Lee, K. M., Hsieh, W. F., Wu, J. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/JM/C0JM04099A#!divAbstract">Improved performance of flexible dye-sensitized solar cells by introducing an interfacial layer on Ti substrates.</a> J Mat Chem. 21 (13), 5114-5119 (2011).</li>
<li>Burschka, J., Pellet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+deposition+as+a+route+to+high-performance+perovskite-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells.</a> Nature. 499 (7458), 316-319 (2013).</li>
<li>Ohsaki, Y., Masaki, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dye-sensitized+TiO2+nanotube+solar+cells%3A+fabrication+and+electronic+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Chem+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Dye-sensitized TiO2 nanotube solar cells: fabrication and electronic characterization.</a> Phys Chem Chem Phys. 7 (24), 4157-4163 (2005).</li>
<li>Mor, G. K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O. K., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Photocleavage+of+Water+Using+Titania+Nanotube+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Enhanced Photocleavage of Water Using Titania Nanotube Arrays.</a> Nano Letters. 5 (1), 191-195 (2005).</li>
<li>Feng, X., Shankar, K., Varghese, O. K., Paulose, M., Latempa, T. J., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vertically+Aligned+Single+Crystal+TiO2+Nanowire+Arrays+Grown+Directly+on+Transparent+Conducting+Oxide+Coated+Glass%3A+Synthesis+Details+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Vertically Aligned Single Crystal TiO2 Nanowire Arrays Grown Directly on Transparent Conducting Oxide Coated Glass: Synthesis Details and Applications.</a> Nano Letters. 8 (11), 3781-3786 (2008).</li>
<li>Roy, P., Berger, S., Schmuki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((TiO2+Nanotubes%3A+Synthesis+and+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">TiO2 Nanotubes: Synthesis and Applications.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (13), 2904-2939 (2011).</li>
<li>Macdonald, T. J., Xu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.mdpi.com/2079-4991/4/2/256">NiO Nanofibers as a Candidate for a Nanophotocathode.</a> Nanomaterials. 4 (2), 256-266 (2014).</li>
<li>Chuangchote, S., Sagawa, T., Yoshikawa, S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2958347?journalCode=apl">Efficient dye-sensitized solar cells using electrospun TiO2 nanofibers as a light harvesting layer.</a> Appl Phys Lett. 93 (3), 033310(2008).</li>
<li>Li, D., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200400719/abstract">Electrospinning of Nanofibers: Reinventing the Wheel?</a> Adv Mat. 16 (14), 1151-1170 (2004).</li>
<li>Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+nanofibrous+structure%3A+A+novel+scaffold+for+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mat+Res%22%5BJournal%5D)">Electrospun nanofibrous structure: A novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mat Res. 60 (4), 613-621 (2002).</li>
<li>Jia, H., Zhu, G., Vugrinovich, B., Kataphinan, W., Reneker, D. H., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzyme-Carrying+Polymeric+Nanofibers+Prepared+via+Electrospinning+for+Use+as+Unique+Biocatalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Prog%22%5BJournal%5D)">Enzyme-Carrying Polymeric Nanofibers Prepared via Electrospinning for Use as Unique Biocatalysts.</a> Biotechnol Prog. 18 (5), 1027-1032 (2002).</li>
<li>Mai, L., Xu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrospun+Ultralong+Hierarchical+Vanadium+Oxide+Nanowires+with+High+Performance+for+Lithium+Ion+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrospun Ultralong Hierarchical Vanadium Oxide Nanowires with High Performance for Lithium Ion Batteries.</a> Nano Letters. 10 (11), 4750-4755 (2010).</li>
<li>Cai, J., Niu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Performance+Supercapacitor+Electrode+Materials+from+Cellulose-Derived+Carbon+Nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mat+Interfaces%22%5BJournal%5D)">High-Performance Supercapacitor Electrode Materials from Cellulose-Derived Carbon Nanofibers.</a> ACS Appl Mat Interfaces. 7 (27), 14946-14953 (2015).</li>
<li>Joshi, P., Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2010/EE/c0ee00068j#!divAbstract">Composite of TiO2 nanofibers and nanoparticles for dye-sensitized solar cells with significantly improved efficiency.</a> Energ Environ Sci. 3 (10), 1507-1510 (2010).</li>
<li>Macdonald, T. J., Tune, D. D., Dewi, M. R., Gibson, C. T., Shapter, J. G., Nann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+TiO2+Nanofiber-Carbon+Nanotube-Composite+Photoanode+for+Improved+Efficiency+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">A TiO2 Nanofiber-Carbon Nanotube-Composite Photoanode for Improved Efficiency in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> ChemSusChem. 8 (20), 3396-3400 (2015).</li>
<li>Teo, W. E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTeo%2C+WE+%22Electrospinning+parameters+and+fiber+control%22">Electrospinning parameters and fiber control</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html ">http://electrospintech.com/hb-espinparameters.html </a> (2015).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

I metodi presentati in questo lavoro descrivono la realizzazione di fotoanodi nanofibre efficienti per dispositivi fotocatalitici come i DSSC. L&#39;elettrospinning è una tecnica molto versatile per la fabbricazione di nanofibre, ma è necessario un certo livello di competenza e conoscenza per ottenere materiali con morfologie ottimali. Uno degli aspetti più critici per ottenere i buoni nanofibri è la preparazione della soluzione precursore: ci sono alcuni fattori chiave, come la concentrazione del polimero portante e la...

Le celle solari sensibilizzate ai colori (DSSCs) sono un&#39;interessante alternativa alle celle solari basate sul silicio 1 grazie al loro basso costo, relativamente semplice processo produttivo e alla facilità di produzione su vasta scala. Un altro vantaggio è il loro potenziale per essere incorporato in substrati flessibili, un vantaggio distinto sulle celle solari a base di silicio 2 . Un tipico DSSC utilizza: (1) un nanoparticolare TiO 2 photoanode, sensibilizzato con un colorante, come uno strato di raccolta leggera; (2) un FTO rivestito in Pt, utilizzato come contatore elettrodo; E (3) un elettrolito contenente una coppia di redox, come I - / I 3 - , posto tra i due elettrodi, che funziona come &quot;mezzo di conduzione del foro&quot;. Sebbene i DSSC abbiano superato l&#39;efficienza del 15% 3 , la performance di fotoanodi a base di nanoparticelle è ancora ostacolata da una serie di limitazioni, tra cui la mobilit elettronica lentaY 4 , scarso assorbimento di fotoni a basso consumo energetico 5 e ricarica di carica 6 . L&#39;efficienza della raccolta elettronica dipende fortemente dalla velocità di trasporto elettronico attraverso lo strato di nanoparticelle TiO 2 . Se la diffusione di carica è lenta, la probabilità di ricombinazione con I3 - nella soluzione di elettrolita aumenta, con conseguente perdita di efficienza. È stato dimostrato che la sostituzione del nanoparticulato TiO 2 con nanoparticelle TiO 2 a dimensione (1D) può migliorare il trasporto dei carichi riducendo la dispersione di elettroni liberi dai confini dei grani delle nanoparticelle TiO 2 interconnesse 7 . Poiché le nanostrutture 1D forniscono un percorso più diretto per la raccolta di cariche, ci si può aspettare che il trasporto di elettroni in nanofibre (NF) sarebbe significativamente più veloce che nelle nanoparticelle 8 , </sup&gt; 9 . L&#39;elettrospinning è uno dei metodi più comunemente utilizzati per la fabbricazione di materiali fibrosi con diametri sub micron 10 . Questa tecnica prevede l&#39;uso di alta tensione per indurre l&#39;espulsione di un getto di soluzione polimerica attraverso un filettatore. A causa dell&#39;instabilità di flessione, questo getto viene successivamente tirato molte volte per formare nanofibre continue. Negli ultimi anni questa tecnica è stata ampiamente utilizzata per la fabbricazione di materiali polimerici e inorganici, utilizzati per applicazioni numerose e diverse, quali l&#39;ingegneria tissutale 11 , la catalisi 12 e come materiali per elettrodi per le batterie agli ioni di litio 13 e per i supercapacitori 14 . L&#39;utilizzo di TiO 2 -NFs elettrospinning come strato di dispersione nel photoanode può aumentare le prestazioni dei DSSC. Tuttavia, fotoanodi con nanofibroLe architetture us tendono ad avere un cattivo assorbimento di tinture a causa delle limitazioni della superficie. Una delle soluzioni possibili per superare questo è quella di mescolare NF e nanoparticelle. Ciò ha dimostrato di provocare ulteriori livelli di dispersione, migliorando l&#39;assorbimento della luce e l&#39;efficienza complessiva 15 . Il protocollo presentato in questo video fornisce un metodo facile per sintetizzare nanofibre TiO 2 a ultrasuoni attraverso una combinazione di tecniche elettrospinning e sol-gel, seguita da un processo di calcinazione. Il protocollo illustra quindi l&#39;uso dei TiO 2 -NFs in combinazione con nanoparticulato TiO 2 per la fabbricazione di un photoanode a doppio strato con una maggiore capacità di scattering della luce usando tecniche di pettinatura a dito, nonché il successivo assemblaggio di un DSSC usando un tale fotoanodo.

<table><tbody><tr><td>titanio(IV) n-butossido</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>Polivinilpirrolidone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>acido acetico glaciale</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo, assoluto</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0650DF/17</td><td></td></tr><tr><td>20 mL Fiale per campioni</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td> <td>(o volume maggiore)</td></tr><tr><td>ago monouso 21G</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>carta vetrata a grana P150</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>siringa monouso da 10 ml</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td> <td>(o volume maggiore)</td></tr> <tr><td>agitatore magnetico + barra di agitazione</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Pompa a siringa PHD 2000</td><td>Harvard Apparatus</td><td>71-2002</td> <td>(o qualsiasi altra pompa a siringa in grado di emettere un flusso di 1 ml/ora</td></tr><tr><td>Alluminio lamina</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Piastra del collettore in acciaio inossidabile</td> <td>(costruita su misura)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Fonte di alimentazione ad alta tensione</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc</td><td>ES30P-10W</td> <td>(o qualsiasi altro alimentatore in grado di emettere +15 kV</td></tr><tr><td>Schermo protettivo in policarbonato</td> <td>(costruito su misura)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Crogiolo in ceramica</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Muffola fornace</td><td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Biossido di titanio, nanopolvere</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 mL 1-collo a fondo tondo palloni (</td><td>qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>bagno sonicatore</td><td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Terpineolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Evaporatore rotante</td><td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTO vetro</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>Nastro adesivo</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr>lama <tr><td>di rasoio</td> <td>(qualsiasi)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEM</td><td>JEOL</td><td>6500F</td><td></td></tr><tr><td>XRD</td><td>PANalytical&nbsp;</td><td>X'pert Pro</td><td></td></tr><tr><td>Titanio Tetracloruro</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>89545</td><td></td></tr><tr><td>Ruthenizer&nbsp; 535-bisTBA</td><td>Solaronix</td><td>N719</td><td></td></tr><tr><td>film sigillante</td><td>Dyesol</td><td>Meltonix 1170-25</td><td></td></tr><tr><td>Pt-coated FTO</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>1-propil-3-metilimidazolo ioduro</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>Iodio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>207772</td><td></td></tr><tr><td>benzimidazolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>194123</td><td></td></tr><tr><td>3-Metossipropionitrile</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore digitale di sorgente</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Simulatore solare</td><td>Abet technologies</td><td>10500</td><td></td></tr></tbody></table>

elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Questo lavoro dimostra un protocollo per la fabbricazione di un fotoanodo a fibra per le celle solari sensibilizzate ai coloranti, costituito da uno strato di dispersione leggera in nanofibri di titanio elettrospuanico (TiO 2 -NFs) in cima ad uno strato di blocco realizzato in biossido di titanio commercialmente disponibile Nanoparticelle (TiO 2 -NPs). Ciò si ottiene con la prima elettrospinning di una soluzione di butano di titanio (IV), polivinilpirrolidone (PVP) e acido acetico glaciale in etanolo per ottenere nanofibre composite PVP / TiO 2 . Questi sono poi calcificati a 500 ° C per rimuovere il PVP e per ottenere puro nanofibre in titanio a fase anatase. Questo materiale è caratterizzato da microscopia elettronica a scansione (SEM) e diffrazione a raggi X in polvere (XRD). Il photoanode viene preparato creando innanzitutto uno strato di bloccaggio attraverso la deposizione di una slurry di TiO 2- NaPs / terpineol su una vetretta di vetro di ossido di stagno drogato con fluoro (FTO) usando tecniche di pettinatura a dito. Un successivo trattamento termicoViene eseguita a 500 ° C. Quindi, lo strato di spargimento di luce viene formato depositando una slurry di TiO 2 -NFs / terpineol sulla stessa slitta, utilizzando la stessa tecnica e riconducendo a 500 ° C. La performance del photoanode viene testata realizzando una cella solare sensibilizzata ai coloranti e misurando la sua efficienza attraverso le curve JV sotto una gamma di densità di luce incidente, da 0.25 a 1 Sole.

I nanofibri TiO 2 sono stati caratterizzati utilizzando SEM, spettroscopia fotoelettrica a raggi X (XPS) e XRD. La nanostruttura del photoanode è stata caratterizzata utilizzando SEM. Le prestazioni del DSSC assemblato sono state testate utilizzando un simulatore solare e un&#39;unità di misura di origine. L&#39;immagine SEM in Figura 1A mostra che le nanofibre sintetizzate usando quest...

L&#39;obiettivo generale di questo progetto era quello di utilizzare elettrospinning per la realizzazione di un photoanode con prestazioni migliori per le celle solari sensibilizzate ai coloranti.

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

L'obiettivo generale di questo lavoro è realizzare una fotoanodo per celle solari sensibilizzate con colorante con prestazioni migliorate, utilizzando l'elettrofilatura. I nanomateriali sono eccezionali: presentano proprietà chimiche e fisiche che non si riscontrano nei materiali corrispondenti in forma massiva.Tuttavia, se si tenta di realizzare un dispositivo utilizzando nanomateriali, ciò può diventare piuttosto difficile. In questo video, mostriamo come fabbricare nanofibre inorganiche unidimensionali e come utilizzarle per un dispositivo di cella solare. La direzionalità delle nanofibre determina un rendimento molto migliore rispetto ai dispositivi che utilizzano semplicemente materiali nanocristallini.Per preparare la soluzione precursore, aggiungere 10 millilitri di etanolo assoluto, un millilitro di acido acetico glaciale, cinque grammi di ossido di titanio(II) e un grammo di PVP in un vial campione. Mescolare la soluzione fino a quando non diventa omogenea e non si osservano bolle. Per ottenere una nanoarchitettura unidimensionale, utilizzeremo l'elettrofilatura.Una tecnica semplice ma piuttosto ingegnosa che ci permette di ottenere nanofibre lunghe alcuni micrometri e con un diametro di sole poche centinaia di nanometri. Per preparare l'ago utilizzato nel processo di elettrofilatura, tagliare la punta di un ago da 21 gauge e carteggiarla con carta vetrata di grana media fino a quando la punta non diventa completamente piatta. Caricare la soluzione precursora nella siringa e posizionarla sulla pompa per siringa.Avvolgere la piastra del collettore con della carta d'alluminio e posizionare lo schermo protettivo intorno all'apparato. La distanza tra l'ago e la piastra del collettore deve essere di 20 centimetri. Collegare il collettore a terra e l'ago alla sorgente di alimentazione.Impostare la portata della pompa a siringa su un millilitro all'ora e iniziare la pompa. Non appena una certa quantità di soluzione appare sulla punta dell'ago, accendere la sorgente di alta tensione e impostarla a 15 chilovolt. A questo punto, le fibre inizieranno ad accumularsi sulla piastra.Questo può essere lasciato in funzione per il tempo necessario a raggiungere lo spessore desiderato del feltro di fibre. Al termine della filatura, spegnere la sorgente di alta tensione e rimuovere la lamina dalla piastra del collettore. Lasciare riposare le fibre tutta la notte rende più facile staccarle dalla piastra del collettore.Posizionare le fibre sbucciate in un crogiolo e inserirle in un fornetto con un gradiente termico di cinque gradi al minuto, fino a 500 gradi per due ore, per rimuovere il PVP e produrre nanofibre di TiO2 pure. La fabbricazione del fotoanodo richiede che uno strato diffondente della luce, costituito da nanofibre di biossido di titanio, sia posizionato sulla sommità di uno strato di blocco formato da nanoparticelle di biossido di titanio disponibili in commercio. Questo è essenziale per prevenire l'accumulo di carica con un substrato.Iniziare aggiungendo 500 milligrammi di nanoparticelle di biossido di titanio a 20 ml di etanolo in un pallone a fondo rotondo. In un altro pallone, mescolare 500 milligrammi delle nanofibre di biossido di titanio elettrofilate con altri 20 ml di etanolo. Sottoporre le soluzioni a sonificazione per due ore utilizzando un bagno ad ultrasuoni.Una volta ottenute miscele omogenee, aggiungere 2 mils di terpineolo a ciascun matraccio e sottoporre a sonificazione per altri 15 minuti. Infine, evaporare il solvente mediante un evaporatore rotante per ottenere le sospensioni. Utilizzando un tagliavetro a diamante, tagliare una lamina di FTO in un quadrato di due per due centimetri.Applicare un nastro adesivo su un vetrino, lasciando libera un'area centrale di 0,4 centimetri quadrati. Depositare alcune gocce della sospensione di nanoparticelle di biossido di titanio al centro del vetrino. Utilizzare una lametta per distribuire uniformemente la sospensione sulla superficie esposta.Una volta ottenuto un rivestimento uniforme, rimuovere con attenzione il nastro adesivo. I fotoanodi vengono quindi posizionati in un forno e centrati a 500 gradi per due ore. Ripetere il processo sulla stessa lametta di vetro, utilizzando questa volta la sospensione di nanofibre per depositare lo strato di scattering della luce.L'elettrodo composito viene nuovamente centrato a 500 gradi per due ore. Per caratterizzare le nostre nanofibre, utilizzeremo SEM e XRD, e successivamente per testare le prestazioni delle nostre nanofibre, le implementeremo in una cella solare sensibilizzata da colorante. Per preparare il campione per la microscopia elettronica a scansione, applicare una striscia di nastro adesivo al carbonio sul portacampione del microscopio.E quindi posizionare con attenzione una piccola quantità di nanofibre sul nastro. Montare il supporto su un portacampioni e abbassarlo nella camera di scambio dello strumento. Configurare le condizioni e i parametri dello strumento di conseguenza.Raccogliere immagini del campione, assicurandosi che mostrino la morfologia complessiva del materiale. Le immagini al microscopio elettronico a scansione mostrano che le fibre hanno una struttura porosa e un elevato rapporto di forma. Per preparare il materiale alla caratterizzazione mediante diffrazione a raggi X, macinare delicatamente alcune nanofibre in una polvere fine e distribuirle uniformemente su un portacampioni per XRD.Caricare il campione nel diffrattometro. Impostare i parametri di acquisizione e iniziare la raccolta dei dati. Il diffrattogramma mostra una serie di picchi corrispondenti alla fase anatasio del biossido di titanio.Per preparare la cella solare, trattare innanzitutto gli anodi fotoelettrodici di TiO2 con una soluzione acquosa di TiCl4 a 75 gradi C per 45 minuti. Dopo il trattamento, lavare gli anodi fotoelettrodici con acqua deionizzata. Asciugarli e sensibilizzarli in una soluzione di Ruthenizer N719 ed etanolo assoluto per 24 ore in condizioni di buio.Gli fotoanodi sensibilizzati verranno lavati con etanolo per rimuovere le molecole di colorante in eccesso dalla superficie del fotoanodo a base di TiO2. Il film sigillante viene utilizzato come guarnizione termoplastica tra l'elettrodo contatore e gli fotoanodi. Per tutte le celle solari vengono utilizzati elettrodi contro con FTO rivestito in platino.Le celle solari assemblate vengono riscaldate a 100 gradi C per 15 minuti per sigillare la guarnizione. Un mediatore redox viene aggiunto allo spazio interno delle celle solari mediante riempimento sotto vuoto. Le curve J-V vengono acquisite utilizzando un Keithley 2400 Digital SourceMeter sotto un'illuminazione di 100 milliwatt per centimetro quadrato proveniente da una sorgente a arco allo xenon, filtrata attraverso un filtro AM 1.5 G.Il piano di illuminazione della sorgente luminosa viene calibrato con una cella di riferimento in silicio monocristalline. In questo video, ti abbiamo mostrato come fabbricare celle solari sensibilizzate con colorante utilizzando nanofibre inorganiche. Oltre a questa applicazione, esistono molte altre possibilità.Ad esempio, batterie, elettrodi trasparenti, filtri attivi e altri ancora. Se desiderate maggiori dettagli, date un'occhiata alle nostre pubblicazioni. Spero che questo video vi sia piaciuto e che abbiate imparato qualcosa; non esitate a contattarci se avete domande o volete fornire dei commenti.

electrospinning-photocatalytic-electrodes-for-dye-sensitized-solar

Research

Ricerca

JoVE Journal

Engineering

Ingegneria

Il processo di electrospinning polimeri per l'ingegneria tissutale e colture cellulari è affrontato in questo articolo. In particolare, il electrospinning di macromers fotoreattivo con capacità di elaborazione aggiuntive di photopatterning e multi-polimero electrospinning è descritto.

Electrospinning Ponteggi polimeri fibrosi per l&#39;ingegneria tissutale e colture cellulari

Electrospinning tecniche possono creare una varietà di impalcature nanofibrous per l'ingegneria tissutale o altre applicazioni. Descriviamo qui una procedura per ottimizzare i parametri della soluzione elettrofilatura e gli apparecchi di ottenere fibre con la morfologia e l'allineamento desiderato. Problemi comuni e le tecniche di risoluzione dei problemi sono anche presentato.

Fondamenti electrospinning: Soluzione Ottimizzazione e parametri Apparatus

Un dispositivo integrato, che incorpora una cella e tripletta-tripletta annientamento solare unità dye-sensibilizzate up-conversione è stato prodotto, offrendo una maggiore luce raccolta, da una parte più ampia dello spettro solare. Sotto i livelli di irraggiamento modesti una risposta notevolmente migliorato ai fotoni di bassa energia è stata dimostrata, ottenendo una cifra record di merito per le celle solari a tinta sensibilizzata.

L&#39;integrazione di un Triplet-tripletta Annihilation sistema Up-conversione per migliorare Dye-sensibilizzati Risposta Solar Cell a Sub-bandgap Luce

Questo articolo indaga l'idoneità della stampa a getto d'inchiostro per la produzione di celle solari sensibilizzate al colorante. Un inchiostro a nanoparticelle di TiO2 privo di leganti è stato formulato e stampato su un substrato di vetro FTO. Lo strato stampato è stato fabbricato in una cella con un'area attiva di 0,25 cm2 e un'efficienza del 3,5%.

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

Questo protocollo dimostra come raggiungere la sensibilità di rilevamento femtomolare delle proteine in 10 μL di sangue intero entro 30 minuti. Ciò può essere ottenuto utilizzando tappetini nanofibrosi elettrofilati integrati in un lab-on-a-disc, che offre un'elevata superficie e un'efficace miscelazione e lavaggio per un migliore rapporto segnale/rumore.

Completamente dispositivo automatizzato centrifuga Microfluidic per il rilevamento di proteine ​​Ultrasensitive da sangue intero

Abbiamo direttamente incorporato un colorante organico a base di stilbene in un nucleo di cobaloxime per generare una diade-catalizzatore fotosensibilizzante per la produzione fotocatalitica H2. Abbiamo anche sviluppato una semplice configurazione sperimentale per valutare la produzione di H2 guidata dalla luce da parte di assiemi fotocatalitici.

Sviluppo di ibridi Fotosensibilizzante-Cobaloxime per la produzione di H2 a energia solare in condizioni aerobiche aqueous ivi

Questo articolo descrive una semplice tecnica per rivestire nanofibre PAN elettrofilate con polimeri elettroattivi utilizzando la deposizione da vapore. Gli effetti dell'ossidante FeCl₃ sulla deposizione di rivestimenti in poli(3,4-etilendiossitiofene) sul PAN sono stati studiati per comprendere e ottimizzare la crescita del polimero, il diametro delle fibre e la resistenza meccanica complessiva dei tappetini in nanofibra.

Deposizione in fase vapore di poli(3,4-etilendiossitiofene) elettroattivo su nanofibre polimeriche elettrofilate

Viene presentata una tecnica di sintesi per preparare lo ZnCoS/ZnCdS sensibile alla luce visibile con fotocatalizzatore a doppia struttura cristallina e la tecnica di test della reazione fotoredox della sua attività fotocatalitica e selettività nell'evoluzione dell'H2 e nella produzione di benzaldeide.

Sintesi e valutazioni delle prestazioni di ZnCoS/ZnCdS con struttura a cristalli gemelli per fotocatalisi redox multifunzionale in applicazioni energetiche

Questo protocollo guida la fabbricazione e l'analisi elettrochimica di elettrocatalizzatori bimetallici CuZn e NiCo supportati da MXene per la produzione di combustibili verdi da anidride carbonica e acqua utilizzando l'energia solare.

Produzione di combustibile verde elettrochimico a energia solare da CO2 e acqua utilizzando catalizzatori CuZn e NiCo supportati da Ti3C2Tx MXene

In silicio policristallino a film sottile celle solari su vetro sono fabbricati dalla deposizione di strati di silicio drogati con boro e fosforo, seguita da cristallizzazione, passivazione difetto e metallizzazione. Plasmonici luce trapping viene introdotto formando nanoparticelle Ag sulla superficie cellulare di silicio ricoperto con un riflettore diffuso conseguente miglioramento fotocorrente ~ 45%.

Celle in silicio policristallino solari a film sottile con plasmoniche-enhanced Light-trapping

Scopri come fabbricare fotoanodi per celle solari sensibilizzate a tinte mediante elettrospinning di nanofibre inorganiche unidimensionali. Questo metodo migliora l'efficienza del dispositivo grazie alla direzionalità delle nanostrutture.

Elettrospinning degli elettrodi fotocatalitici per le celle solari sensibilizzate a tinte

Esplora altri video