Name: Elektroprzędzenie elektrod fotokatalitycznych do barwnikowych ogniw słonecznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: Poznaj elektroprzędzenie nanowłókien tlenku tytanu do fotokatod barwnikowych ogniw słonecznych. Ta metoda poprawia wydajność urządzeń dzięki strukturze jednowymiarowej.

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

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

1. Przygotowanie roztworu prekursora
UWAGA: Proszę zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS) przed użyciem. Niektóre substancje chemiczne stosowane w tej procedurze są szkodliwe i/lub toksyczne dla ludzi. Nanomateriały mogą wiązać się z dodatkowymi zagrożeniami w porównaniu z ich masowymi odpowiednikami. Prosimy o stosowanie odpowiednich środków bezpieczeństwa i środków ochrony osobistej.
<ol>
	<li>Umieścić 5 g n-butotlenku tytanu(IV), 1 g poliwinylopirolidonu (PVP), 1 ml lodowatego kwasu octowego i 10 ml absolutnego etanolu w fiolce z próbką.</li>
	<li>Za pomocą magnetycznej płytki mieszającej mieszać roztwór, aż stanie się jednorodny i nie będzie można zaobserwować pęcherzyków.</li>
</ol>
2. Elektroprzędzenie i kalcynacja nanowłókien
<ol>
	<li>Przygotuj igłę używaną do procesu elektroprzędzenia, odcinając końcówkę igły 21 G i szlifując ją papierem ściernym o umiarkowanej jakości, aż końcówka będzie całkowicie płaska.</li>
	<li>Zamocować igłę na jednorazowej strzykawce o pojemności 10 ml.</li>
	<li>Załadować trochę roztworu prekursora do strzykawki i umieścić go na pompie strzykawkowej.</li>
	<li>Owiń płytkę zbierającą folią aluminiową i umieść ją bezpośrednio przed końcówką igły. 
	UWAGA: Odległość od igły do płytki powinna wynosić 20 cm.</li>
	<li>Podłącz płytkę kolektora do masy, a igłę do źródła zasilania wysokiego napięcia.</li>
	<li>Umieść osłonę ochronną wokół konfiguracji.</li>
	<li>Ustaw natężenie przepływu na pompie strzykawkowej na 1 ml/h i rozpocznij pompowanie.</li>
	<li>Gdy tylko na końcu igły pojawi się jakiś roztwór, włącz źródło wysokiego napięcia i ustaw je na 15 kV. 
	UWAGA: W tym momencie włókna będą zbierać się na talerzu. Konfigurację należy pozostawić włączoną tak długo, jak to konieczne, aby osiągnąć pożądaną grubość maty z włókna.</li>
	<li>Po zakończeniu wirowania wyłącz źródło wysokiego napięcia i pompę strzykawkową. Usuń folię z płyty kolektora.</li>
	<li>Pozwól włóknom odpocząć przez noc, a następnie oderwij je od folii aluminiowej.</li>
	<li>Umieść oderwane włókna w tyglu i umieść go w piecu muflowym.</li>
	<li>Kalcynuj włókna, ustawiając rampę temperatury 5°/min do 500 °C i przytrzymując przez 2 godziny w celu usunięcia PVP i wytworzenia czystych nanowłókien TiO2.</li>
	<li>Po zakończeniu procesu kalcynacji pozostaw piec zamknięty do momentu, aż temperatura spadnie poniżej 80 °C, aby uniknąć szoku termicznego, który może uszkodzić włókna.</li>
</ol>
3. Produkcja elektrod
<ol>
	<li>Przygotowanie gnojowicy
	<ol>
		<li>Dodać 500 mg pasty z ditlenku tytanu do 20 ml etanolu w kolbie okrągłodennej.</li>
		<li>W oddzielnej kolbie wymieszać 500 mg elektroprzędzonychTiO 2-NF z kolejnymi 20 ml etanolu.</li>
		<li>Sonikować roztwory przez 2 godziny za pomocą sonikatora do kąpieli.</li>
		<li>Po uzyskaniu jednolitych mieszanin dodać 2 ml terpineolu do każdej kolby i sonikować przez kolejne 15 minut.</li>
		<li>Odparować rozpuszczalnik z obu kolb za pomocą wyparki obrotowej w celu uzyskania zawiesin</li>.
	</ol>
	</li>
	<li>Lekarze spiekanie i spiekanie
	<ol>
		<li>Za pomocą diamentowego noża do szkła wytnij szkiełko przewodzące FTO na kwadrat o wymiarach 2 cm x 2 cm.</li>
		<li>Przymocuj suwak FTO do obszaru roboczego, umieszczając taśmę samoprzylepną na szklanym szkiełku, pozostawiając odsłonięty obszar o powierzchni 0.4cm2 pośrodku. Aby uniknąć nieregularnej powłoki, najpierw umieść taśmę po dwóch równoległych stronach, a następnie po dwóch pozostałych.</li>
		<li>Umieść kilka kropli gnojowicy TiO2-NP na odsłoniętym środku szkiełka.</li>
		<li>Użyj żyletki, aby równomiernie rozprowadzić gnojowicę na odsłoniętym obszarze.</li>
		<li>Po uzyskaniu jednolitej powłoki ostrożnie usuń taśmę klejącą.</li>
		<li>Umieścić powlekane szkiełko w piecu i spiekać w temperaturze 500 °C przez 2 godziny.</li>
		<li>Powtórzyć kroki 3.2.2-3.2.6 na tym samym szkiełku FTO, tym razem używając zawiesiny TiO2-NF zamiast nanocząstek, aby uzyskać fotoanodę.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Charakterystyka NF
<ol>
	<li>Charakterystyka SEM
	<ol>
		<li>Przygotuj próbkę do SEM, przymocowując pasek samoprzylepnej taśmy węglowej do króćca mikroskopu. Ostrożnie umieść niewielką ilość nanowłókien na taśmie.</li>
		<li>Zamontuj króciec na uchwycie na próbkę i załaduj go do komory wymiany przyrządu.</li>
		<li>Ustaw warunki i parametry przyrządu: ustaw napięcie przyspieszania na 20 kV, a odległość roboczą na 10 mm.</li>
		<li>Zbierz obrazy próbki, upewniając się, że pokazują one ogólną morfologię materiału.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Charakterystyka XRD
	<ol>
		<li>Delikatnie zmiel kilka nanowłókien na drobny proszek i rozprowadź je równomiernie na stoliku XRD.</li>
		<li>Załaduj próbkę do dyfraktometru.</li>
		<li>Ustaw parametry akwizycji: użyj kąta początkowego 10°, kąta końcowego 80° i rozmiaru kroku 0,015°.</li>
		<li>Rozpocznij pobieranie danych XRD.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Produkcja ogniw słonecznych
<ol>
	<li>Traktować fotoanodę wodnym roztworem TiCl4 w temperaturze 75 °C przez 45 minut. Po zabiegu umyj go wodą dejonizowaną i wysusz</li>.
	<li>Uczulić fotoanodę, zanurzając ją w 0,5-mM roztworze barwnika rutenowego N719 w absolutnym etanolu na 24 godziny w ciemnych warunkach.</li>
	<li>Umieść arkusz folii uszczelniającej na uczulonej fotoanodzie, aby służył jako uszczelka termoplastyczna między fotoanodą a przeciwelektrodą.</li>
	<li>Umieść przeciwelektrodę FTO z powłoką Pt z wstępnie wywierconym otworem pośrodku, na górze folii uszczelniającej, tak aby obie strony były skierowane do siebie.</li>
	<li>Podgrzej zmontowaną komórkę do 100 °C przez 15 minut, aby uszczelnić uszczelkę.</li>
	<li>Umieść kilka kropli mediatora redoks, składającego się z roztworu jodku 1-propylo-3-metyloimidazolu (0,8 M), jodu (0,1 M) i benzimidazolu (0,3 M) w 3-metoksypropionitrylu, na wierzchu wstępnie wywierconego otworu przeciwelektrody.</li>
	<li>Umieścić ogniwo w eksykatorze próżniowym, aby mediator redoks wypełnił wewnętrzną przestrzeń zmontowanej komórki.</li>
</ol>
6. Charakterystyka krzywej J-V
<ol>
	<li>Uzyskaj krzywe J-V za pomocą miernika źródła cyfrowego przy natężeniu oświetlenia 100 mW/cm2 ze źródła łuku ksenonowego przepuszczonego przez filtr 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Metody przedstawione w niniejszej pracy opisują wytwarzanie wydajnych fotoanod nanowłóknistych do urządzeń fotokatalitycznych, takich jak DSSC. Elektroprzędzenie jest bardzo wszechstronną techniką wytwarzania nanowłókien, ale do uzyskania materiałów o optymalnej morfologii wymagany jest pewien poziom umiejętności i wiedzy. Jednym z najbardziej krytycznych aspektów uzyskania dobrych nanowłókien jest przygotowanie roztworu prekursora: istnieje kilka kluczowych czynników, takich jak stężenie polimeru nośnego i wybór prekurs...

Barwnikowe ogniwa słoneczne (DSSC) są interesującą alternatywą dla ogniw słonecznych na bazie krzemu1 dzięki ich niskim kosztom, stosunkowo prostemu procesowi produkcji i łatwości produkcji na dużą skalę. Kolejną zaletą jest ich potencjał do włączenia do elastycznych podłoży, co stanowi wyraźną przewagę nad ogniwami słonecznymi na bazie krzemu2. Typowy DSSC wykorzystuje: (1) nanocząsteczkową fotoanodę TiO2, uwrażliwioną barwnikiem, jako warstwę zbierającą światło; (2) FTO z powłoką Pt, stosowany jako przeciwelektroda; oraz (3) elektrolit zawierający parę redoks, taką jak I-/I3-, umieszczony między dwiema elektrodami, działający jako "medium przewodzące".
Chociaż DSSC przekroczyły wydajność 15%3, wydajność fotoanod opartych na nanocząstkach jest nadal utrudniona przez szereg ograniczeń, w tym niską ruchliwość elektronów4, słabą absorpcję fotonów o niskiej energii5, oraz rekombinację ładunku6. Skuteczność zbierania elektronów silnie zależy od szybkości transportu elektronów przez warstwę nanocząstek TiO2. Jeśli dyfuzja ładunku jest powolna, zwiększa się prawdopodobieństwo rekombinacji z I3- w roztworze elektrolitu, co powoduje utratę wydajności.
Wykazano, że zastąpienie nanocząstek TiO2 jednowymiarowymi (1D) nanoarchitekturami TiO2 może poprawić transport ładunku poprzez zmniejszenie rozpraszania wolnych elektronów z granic ziaren połączonych nanocząstek TiO27. Ponieważ nanostruktury 1D zapewniają bardziej bezpośrednią ścieżkę zbierania ładunków, możemy oczekiwać, że transport elektronów w nanowłóknach (NF) będzie znacznie szybszy niż w nanocząstkach8,9.
Elektroprzędzenie jest jedną z najczęściej używanych metod wytwarzania materiałów włóknistych o średnicach submikronowych10. Technika ta polega na użyciu wysokiego napięcia w celu wywołania wyrzutu strumienia roztworu polimeru przez dyszę przędzalniczą. Ze względu na niestabilność zginania, strumień ten jest następnie wielokrotnie rozciągany, tworząc ciągłe nanowłókna. W ostatnich latach technika ta jest szeroko stosowana do wytwarzania materiałów polimerowych i nieorganicznych, które są wykorzystywane do licznych i różnorodnych zastosowań, takich jak inżynieria tkankowa11, kataliza12 oraz jako materiały elektrodowe do akumulatorów litowo-jonowych13 i superkondensatory14.
Użycie elektroprzędzonych TiO 2-NFs jako warstwy rozpraszającej w fotoanodzie może zwiększyć wydajność DSSC. Jednak fotoanody o architekturze nanowłóknistej mają zwykle słabą absorpcję barwnika ze względu na ograniczenia powierzchni. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu jest mieszanie NF i nanocząstek. Wykazano, że powoduje to powstawanie dodatkowych warstw rozpraszających, poprawiających absorpcję światła i ogólną wydajność15.
Protokół przedstawiony w tym filmie dostarcza łatwej metody syntezy ultradługich nanowłókien TiO2 poprzez kombinację technik elektroprzędzenia i zol-żel, po której następuje proces kalcynacji. Protokół ilustruje następnie zastosowanie TiO2-NF w połączeniu z nanocząstkami TiO2 do wytwarzania dwuwarstwowej fotoanody o zwiększonej zdolności rozpraszania światła przy użyciu technik doctor-blading, a także do późniejszego montażu DSSC przy użyciu takiej fotoanody.

<table><tbody><tr><td>n-buttlenek tytanu(IV)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>Poliwinylopirolidon</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>lodowaty kwas octowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>Etanol, absolutny</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0650DF/17</td><td></td></tr><tr><td>20 mL Fiolki na próbki</td> <td>(dowolne)</td><td></td> <td>(lub większa objętość)</td></tr><tr><td>jednorazowa igła 21G</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>papier ścierny o ziarnistości P150</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>jednorazowa strzykawka 10 ml</td> <td>(dowolna)</td><td></td> <td>(lub większa objętość)</td></tr> <tr><td>mieszadło magnetyczne + pręt mieszający</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Pompa strzykawkowa PHD 2000</td><td>Aparat Harvarda</td><td>71-2002</td> <td>(lub dowolna inna pompa strzykawkowa zdolna do wytworzenia przepływu 1 ml / godz</td></tr>. <tr><td>Aluminium folia</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Płyta kolektora ze stali nierdzewnej</td> <td>(zbudowana na zamówienie)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Źródło zasilania wysokiego napięcia</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc</td><td>ES30P-10W</td> <td>(lub dowolny inny zasilacz zdolny do wyprowadzenia +15 kV</td></tr><tr><td>Osłona ochronna z poliwęglanu</td> <td>(zbudowana na zamówienie)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Tygiel ceramiczny</td> <td>(dowolny)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Mufla piec</td> <td>(dowolny)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dwutlenek tytanu, nanoproszek</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 ml Kolby okrągłodenne z 1 szyjką</td> <td>(dowolne)</td> Sonikator do kąpieli (dowolny) <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Terpineol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wyparka obrotowa</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Szkło FTO</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>Taśma klejąca</td> <td>(dowolna)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>żyletka</td> <td>(dowolna)</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>Tetrachlorek tytanu</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>89545</td><td></td></tr><tr><td>Ruthenizer&nbsp; 535-bisTBA Folia uszczelniająca</td><td>Solaronix</td><td>N719</td><td></td></tr><tr><td></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>Jodek 1-propylo-3-metyloimidazolium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>Jod</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>207772</td><td></td></tr><tr><td>benzimidazol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>194123</td><td></td></tr><tr><td>3-metoksypropionitryl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>Cyfrowy miernik źródła</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Symulator słoneczny</td><td>Technologie Abet</td><td>10500</td><td></td></tr></tbody></table>

elektroprzędzenie elektrod fotokatalitycznych do barwnikowych ogniw słonecznych

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Ta praca demonstruje protokół wytwarzania fotoanody na bazie włókien dla barwnikowych ogniw słonecznych, składającej się z warstwy rozpraszającej światło wykonanej z elektroprzędzonych nanowłókien dwutlenku tytanu (TiO 2-NFs) na wierzchu warstwy blokującej wykonanej z dostępnych na rynku nanocząstek dwutlenku tytanu (TiO2-NPs). Osiąga się to poprzez pierwsze elektroprzędzenie roztworu butotlenku tytanu (IV), poliwinylopirolidonu (PVP) i lodowatego kwasu octowego w etanolu w celu uzyskania kompozytowych nanowłókien PVP/TiO2. Są one następnie kalcynowane w temperaturze 500 °C w celu usunięcia PVP i uzyskania czystych nanowłókien tytanu w fazie anatazowej. Materiał ten został scharakteryzowany za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Fotoanodę przygotowuje się poprzez uprzednie utworzenie warstwy blokującej poprzez osadzanie zawiesiny TiO2-NPs/terpineolu na szkiełku podstawowym z tlenku cyny domieszkowanym fluorem (FTO) przy użyciu technik raklowania. Kolejną obróbkę termiczną przeprowadza się w temperaturze 500 °C. Następnie warstwę rozpraszającą światło tworzy się poprzez osadzenie zawiesiny TiO2-NFs/terpineolu na tym samym szkiełku, przy użyciu tej samej techniki, i ponowne kalcynowanie w temperaturze 500 °C. Wydajność fotoanody jest testowana poprzez wytwarzanie uczulonego na barwnik ogniwa słonecznego i mierzenie jego wydajności za pomocą krzywych J-V w zakresie gęstości padającego światła, od 0,25-1 Słońca.

Nanowłókna TiO2 scharakteryzowano za pomocą SEM, spektroskopii fotoelektronów w promieniach X (XPS) oraz XRD. Nanostrukturę fotoanody scharakteryzowano za pomocą SEM. Wydajność zmontowanej ogniwa DSSC przetestowano przy użyciu symulatora słonecznego i jednostki pomiarowej źródła (SMU).
Obraz SEM na Rysunku 1A pokazuje, że nanowłókna zsyntetyzowane zgodnie z tym protokołem mają strukturę p...

Ogólnym celem tego projektu było wykorzystanie elektroprzędzenia do wytworzenia fotoanody o ulepszonej wydajności dla barwnikowych ogniw słonecznych.

Elektroprzędzenie elektrod fotokatalitycznych do barwnikowych ogniw słonecznych

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

Ogólnym celem niniejszej pracy jest wytworzenie za pomocą elektroprzędzenia fotoanody do ogniw słonecznych z barwnikiem czułym na światło o poprawionych parametrach pracy. Nanomateriały są niezwykle użyteczne, ponieważ wykazują właściwości chemiczne i fizyczne, których nie można zaobserwować w odpowiadających im materiałach objętościowych.Jednak próba stworzenia urządzenia z wykorzystaniem nanomateriałów może okazać się dość trudna. W tym filmie pokazujemy, jak wytwarzać jednowymiarowe nieorganiczne nanowłókna i wykorzystywać je w urządzeniu ogniwa słonecznego. Kierunkowość nanowłókien sprawia, że urządzenia te wykazują znacznie lepszą wydajność w porównaniu z urządzeniami wykorzystującymi jedynie materiały nanokrystaliczne.Aby przygotować roztwór prekursora, należy umieścić 10 ml bezwodnego etanolu, 1 ml octanu lodowatego, 5 g tlenku tytanu(II) oraz 1 g PVP w fiolce z próbką. Mieszaj roztwór do momentu uzyskania homogenicznej zawiesiny i całkowitego zaniku pęcherzyków powietrza. W celu uzyskania jednowymiarowej nanoarchitektury zastosujemy metodę elektroprzędzenia.Prosta, lecz dość pomysłowa technika, która pozwala na otrzymanie nanowłókien o długości kilku mikrometrów i średnicy zaledwie kilkuset nanometrów. Aby przygotować igłę do procesu elektroprzędzenia, należy odciąć czubek igły 21 G i oszlifować go papierem ściernym o średniej ziarnistości, aż do całkowitego spłaszczenia końcówki. Należy wprowadzić roztwór prekursora do strzykawki i umieścić ją w pompie strzykawkowej.Owiń płytę kolektora folią aluminiową i umieść osłonę ochronną wokół całej aparatury. Odległość między igłą a płytą kolektora powinna wynosić 20 centymetrów. Podłącz kolektor do uziemienia, a igłę do źródła zasilania.Ustaw natężenie przepływu pompy strzykawkowej na 1 ml/h i rozpocznij pompowanie. Gdy tylko roztwór pojawi się na końcówce igły, włącz źródło wysokiego napięcia i ustaw je na 15 kV. W tym momencie włókna zaczną osadzać się na płytce.Proces ten można kontynuować tak długo, aż zostanie osiągnięta pożądana grubość maty włókien. Po zakończeniu przędzenia należy wyłączyć źródło wysokiego napięcia i zdjąć folię z płyty kolektora. Pozostawienie włókien na noc ułatwia ich oddzielenie od płyty kolektora.Umieść oddzielone włókna w tyglu, a następnie włóż je do pieca z rampą temperatury wynoszącą pięć stopni na minutę, aż do osiągnięcia 500 °C i wytrzymaj dwie godziny, aby usunąć PVP i uzyskać czyste nanowłókna TiO2. Wytwarzanie fotoanody wymaga umieszczenia warstwy rozpraszającej światło, składającej się z nanowłókien dwutlenku tytanu, na warstwie blokującej wykonanej z komercyjnie dostępnych nanocząsteczek dwutlenku tytanu. Jest to niezbędne dla zapobiegania akumulacji ładunku na podłożu.Zacznij od dodania 500 mg nanocząsteczek dwutlenku tytanu do 20 ml etanolu w kolbie okrągłodennej. W osobnej kolbie wymieszaj 500 mg elektroprzędzonych nanowłókien dwutlenku tytanu z kolejnymi 20 ml etanolu. Poddaj roztwory sonikacji przez dwie godziny, używając myjki ultradźwiękowej.Po uzyskaniu jednorodnych mieszanin dodać 2 ml terpineolu do każdej kolby i sonykować przez kolejne 15 minut. Na koniec odparować rozpuszczalnik za pomocą rotacyjnego koncentratora, aby otrzymać zawiesiny. Za pomocą diamentowego przecinaka do szkła wyciąć z płytki FTO kwadrat o wymiarach dwóch na dwa centymetry.Nanieś taśmę klejącą na szkiełko przedmiotowe, pozostawiając w centrum odsłonięty obszar o powierzchni 0,4 cm². Nanieś kilka kropel zawiesiny nanocząstek dwutlenku tytanu na środek szkiełka. Użyj żyletki, aby równomiernie rozprowadzić zawiesinę na odsłoniętym obszarze.Po uzyskaniu jednolitej powłoki ostrożnie usuń taśmę klejącą. Fotonody są następnie umieszczane w piecu i wygrzewane w temperaturze 500 °C przez dwie godziny. Powtórz proces na tej samej płytce szklanej, wykorzystując tym razem zawiesinę nanowłókien do naniesienia warstwy rozpraszającej światło.Kompozytowa fotonoda zostaje ponownie wygrzana w temperaturze 500 stopni przez dwie godziny. W celu scharakteryzowania otrzymanych nanowłókien wykorzystamy SEM i XRD, a następnie, aby sprawdzić ich wydajność, zaimplementujemy je w ogniwie słonecznym barwnikowym. Aby przygotować próbkę do skaningowej mikroskopii elektronowej, przyklej pasek przewodzącej taśmy węglowej do uchwytu mikroskopowego.Następnie ostrożnie nanieś niewielką ilość nanowłókien na taśmę. Zamocuj stub w uchwycie próbek i wprowadź go do komory wymiany instrumentu. Odpowiednio ustaw warunki i parametry urządzenia.Wykonaj zdjęcia próbki, upewniając się, że przedstawiają one ogólną morfologię materiału. Zdjęcia SEM pokazują, że włókna mają porowatą strukturę i wysoki współczynnik kształtu. Aby przygotować materiał do charakterystyki za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej, delikatnie utrzyj część nanowłókien na drobny proszek i rozprowadź je równomiernie na uchwycie XRD.Wprowadź próbkę do dyfraktometru. Skonfiguruj parametry akwizycji i rozpocznij zbieranie danych. Dyfraktogram wykazuje szereg piku odpowiadających fazie anatazu dwutlenku tytanu.Aby przygotować ogniwo słoneczne, najpierw poddaj fotoanody TiO2 działaniu wodnego roztworu TiCl4 w temperaturze 75 stopni C przez 45 minut. Po zakończeniu obróbki opłucz fotoanody wodą jonizowaną. Osusz je, a następnie poddaj procesowi uczulania w roztworze Ruthenizer N719 i etanolu bezwodnego przez 24 godziny w ciemności.Uczulone fotoanody należy przemyć etanolem, aby usunąć nadmiar cząsteczek barwnika z powierzchni fotoanody TiO2. Folia uszczelniająca służy jako termoplastyczna uszczelka pomiędzy przeciwelektrodą a fotoanodami. Do wszystkich ogniw słonecznych zastosowano przeciwelektrody z FTO pokryte platyną.Zmontowane ogniwa słoneczne są podgrzewane do 100 °C przez 15 minut w celu uszczelnienia uszczelki. Mediator redoks jest dodawany do przestrzeni wewnętrznej ogniw słonecznych za pomocą napełniania próżniowego. Krzywe J-V są rejestrowane przy użyciu cyfrowego miernika źródłowego Keithley 2400 Digital SourceMeter przy natężeniu oświetlenia 100 mW/cm² z ksenonowego źródła łukowego przepuszczonego przez filtr AM 1.5 G.Płaszczyzna oświetlenia źródła światła jest kalibrowana za pomocą monokrystalicznej krzemowej komórki referencyjnej. W tym filmie pokazaliśmy, jak wykonać ogniwa słoneczne barwnikowe z wykorzystaniem nieorganicznych nanowłókien. Poza tym zastosowaniem istnieje wiele innych możliwości.Na przykład baterie, elektrody przezroczyste, filtry aktywne i inne. Jeśli chcą Państwo dowiedzieć się więcej szczegółów, prosimy o zapoznanie się z naszymi publikacjami. Mam nadzieję, że ten materiał wideo był dla Państwa interesujący i przydatny; w przypadku pytań lub chęci przekazania opinii prosimy o kontakt.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W niniejszym artykule omówiono proces elektroprzędzenia polimerów do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych. W szczególności opisano elektroprzędzenie makromerów fotoreaktywnych z dodatkowymi możliwościami przetwarzania w postaci fotopatronowania oraz elektroprzędzenia wielopolimerowego.

Elektroprzędzenie włóknistych rusztowań polimerowych do inżynierii tkankowej i hodowli komórkowych

Techniki elektroprzędzenia pozwalają na tworzenie różnorodnych rusztowań nanowłóknistych do inżynierii tkankowej lub innych zastosowań. Opisujemy tutaj procedurę optymalizacji parametrów roztworu i aparatury do elektroprzędzenia w celu uzyskania włókien o pożądanej morfologii i orientacji. Przedstawiono również typowe problemy oraz techniki rozwiązywania problemów.

Podstawy elektroprzędzenia: optymalizacja parametrów roztworu i aparatury

Wyprodukowano zintegrowane urządzenie, zawierające barwnikowe ogniwo słoneczne i jednostkę do konwersji w górę anihilacji trypletowo-trypletowej, co pozwoliło na lepsze zbieranie światła z szerszego wycinka spektrum słonecznego. Przy umiarkowanych poziomach napromieniowania wykazano znacznie zwiększoną reakcję na fotony o niskiej energii, co przyniosło rekordową wartość dla ogniw słonecznych wrażliwych na barwnik.

Integracja systemu konwersji w górę anihilacji triplet-triplet w celu zwiększenia wrażliwości barwnika ogniwa słonecznego na światło sub-pasmo wzbronione

Ten artykuł bada przydatność druku atramentowego do produkcji barwnikowych ogniw słonecznych. Opracowano niezawierający spoiwa atrament nanocząsteczkowy TiO2 i wydrukowano go na podłożu szklanym FTO. Zadrukowana warstwa została wyprodukowana w komórce o powierzchni czynnej 0,25cm2 i wydajności 3,5%.

Druk cyfrowy dwutlenku tytanu do ogniw słonecznych uczulonych na barwnik

Ten protokół pokazuje, jak osiągnąć czułość wykrywania femtomolowych białek w 10 μL pełnej krwi w ciągu 30 minut. Można to osiągnąć dzięki zastosowaniu elektroprzędzonych mat nanowłóknistych zintegrowanych w lab-on-a-disc, który oferuje dużą powierzchnię, a także skuteczne mieszanie i mycie w celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu.

W pełni zautomatyzowane odśrodkowe urządzenie mikroprzepływowe do ultraczułego wykrywania białek z krwi pełnej

Bezpośrednio włączyliśmy organiczny barwnik na bazie stylbenu do rdzenia kobaloksymu, aby wygenerować diadę fotosensybilizatora-katalizatora do fotokatalitycznej produkcji H2. Opracowaliśmy również prosty układ eksperymentalny do oceny produkcjiH2 sterowanej światłem przez montaże fotokatalityczne.

Opracowanie hybryd fotouczulacza i kobaloksymu do produkcjiH2 napędzanej energią słoneczną w wodnych warunkach tlenowych

Ten artykuł opisuje prostą technikę powlekania elektroprzędzonych nanowłókien PAN elektroaktywnymi polimerami za pomocą osadzania z fazy gazowej. Zbadano wpływ utleniacza FeCl₃ na osadzanie się powłok poli(3,4-etylenodioksytiofenowych) na PAN, aby zrozumieć i zoptymalizować wzrost polimeru, średnicę włókien i ogólną wytrzymałość mechaniczną mat z nanowłókien.

Osadzanie w fazie gazowej elektroaktywnego poli(3,4-etylenodioksytiofenu) na elektroprzędzonych nanowłóknach polimerowych

Przedstawiono technikę syntezy umożliwiającą przygotowanie ZnCoS/ZnCdS reagującego na światło widzialne z fotokatalizatorem o podwójnej strukturze krystalicznej oraz technikę testowania reakcji fotoredoksowej jego aktywności fotokatalitycznej i selektywności w ewolucji H2 oraz produkcji benzaldehydu.

Synteza i oceny wydajności ZnCoS/ZnCdS z podwójną strukturą krystaliczną dla wielofunkcyjnej fotokatalizy redoks w zastosowaniach energetycznych

Protokół ten kieruje wytwarzaniem i analizą elektrochemiczną elektrokatalizatorów CuZn i NiCo wspieranych przez MXene do produkcji zielonego paliwa z dwutlenku węgla i wody z wykorzystaniem energii słonecznej.

Produkcja elektrochemicznego zielonego paliwa napędzanego energią słoneczną zCO2 i wody z użyciem katalizatorów CuZn i NiCo wspieranych przez Ti, 3C,2Tx MXene

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Poznaj elektroprzędzenie nanowłókien tlenku tytanu do fotokatod barwnikowych ogniw słonecznych. Ta metoda poprawia wydajność urządzeń dzięki strukturze jednowymiarowej.

Elektroprzędzenie elektrod fotokatalitycznych do barwnikowych ogniw słonecznych

Przeglądaj więcej filmów