Name: Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 30 s
Description: Aprenda a fabricar fotoânodos por eletrofiação para células solares sensibilizadas por corante usando nanofibras inorgânicas unidimensionais. Este método melhora a eficiência do dispositivo em comparação com materiais nanocristalinos tradicionais.

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

Os autores não têm reconhecimento.

1. Preparação da solução do precursor NOTA: Consulte todas as folhas relevantes de dados de segurança de material (MSDS) antes de usar. Vários dos produtos químicos utilizados neste procedimento são prejudiciais e / ou tóxicos para os seres humanos. Os nanomateriais podem ter riscos adicionais em relação à sua contrapartida em massa. Use as medidas de segurança adequadas e equipamentos de proteção pessoal. <ol><li> Colocar 5 g de n-butóxido de titânio (IV), 1 g de polivinilpirrolidona (PVP), 1 mL de ácido acético glacial e 10 mL de etanol absoluto num frasco de amostra. </li><li> Use uma placa de agitação magnética para misturar a solução até se tornar homogênea e não se observarem bolhas. </li></ol> 2. Electrospinning e Calcination of the Nanofibers <ol><li> Prepare a agulha utilizada para o processo de eletropinação, cortando a ponta de uma agulha de 21 G e lixando-a com lixa de grau moderado até a ponta ser completamente plana. </li><li> Montar a necessidadeLe em uma seringa descartavel de 10 mL. </li><li> Coloque uma parte da solução do precursor na seringa e coloque-a sobre a bomba da seringa. </li><li> Enrole a placa do coletor em papel alumínio e coloque-a diretamente na frente da ponta da agulha. NOTA: A distância da agulha à placa deve ser de 20 cm. </li><li> Conecte a placa do coletor ao chão e a agulha à fonte de energia de alta tensão. </li><li> Coloque o escudo de proteção em torno da configuração. </li><li> Ajuste o caudal na bomba da seringa para 1 mL / h e comece a bombear. </li><li> Assim que alguma solução aparecer na ponta da agulha, ligue a fonte de alta tensão e ajuste-a para 15 kV. NOTA: Neste ponto, as fibras vão coletar na placa. A configuração será deixada em execução durante o tempo necessário para alcançar a espessura desejada da esteira de fibra. </li><li> Após a centrifugação estar concluída, desligue a fonte de alta tensão e a bomba da seringa. Remova a folha da placa do coletor. </li><li> Deixe as fibras descansarem oÀ noite e, em seguida, tire-os da folha de alumínio. </li><li> Coloque as fibras descascadas em um cadinho e coloque isso em um forno de mufla. </li><li> Calcinar as fibras configurando uma rampa de temperatura de 5 ° / min até 500 ° C e mantendo por 2 h para remover a PVP e para produzir nanofibras TiO 2 puras. </li><li> Uma vez que o processo de calcinação esteja completo, deixe o forno fechado até que a temperatura atinja abaixo de 80 ° C para evitar qualquer choque térmico que possa danificar as fibras. </li></ol> 3. Fabricação de eletrodos <ol><li> Preparação das suspensões <ol><li> Adicione 500 mg de pasta de dióxido de titânio a 20 mL de etanol num balão de fundo redondo. </li><li> Num balão separado, misture 500 mg dos TiO 2 -NF de electrospun com mais 20 mL de etanol. </li><li> Sonicate as soluções por 2 h usando um sonicador de banho. </li><li> Uma vez que se obtêm misturas uniformes, adicione 2 mL de terpineol a cada balão e submeta-se aOutros 15 min. </li><li> Evaporar o solvente de ambos os frascos usando um evaporador rotativo para obter as suspensões. </li></ol></li><li> Licenciamento e sinterização do médico <ol><li> Usando um cortador de diamante de vidro, corte um slide de vidro FTO-conductivo em um quadrado de 2 cm x 2 cm. </li><li> Proteja o slide FTO para a área de trabalho, colocando fita adesiva no slide de vidro, deixando uma área de 0,4 cm 2 exposta no centro. Para evitar um revestimento irregular, coloque a fita em dois lados paralelos primeiro e depois nas outras duas. </li><li> Deposite algumas gotas da pasta de TiO 2 -NP no centro exposto do slide. </li><li> Use uma lâmina de barbear para espalhar a suspensão uniformemente sobre a área exposta. </li><li> Depois de obter um revestimento uniforme, remova cuidadosamente a fita adesiva. </li><li> Coloque a corrediça revestida em um forno e sinterização a 500 ° C por 2 h. </li><li> Repita as etapas 3.2.2-3.2.6 no mesmo slide FTO, desta vez usando a pasta de TiO 2 -NF em vez deAs nanopartículas, para obter o fotoanode. </li></ol></li></ol> 4. Caracterização NF <ol><li> Caracterização SEM <ol><li> Prepare a amostra para SEM, juntando uma tira de fita adesiva de carbono para uma estaca de microscópio. Coloque cuidadosamente uma pequena quantidade de nanofibras na fita. </li><li> Monte o talão em um suporte de amostra e carregue-o na câmara de troca do instrumento. </li><li> Configure as condições e os parâmetros do instrumento: ajuste a tensão de aceleração para 20 kV e a distância de trabalho para 10 mm. </li><li> Coletar imagens da amostra, certificando-se de que elas exibem a morfologia geral do material. </li></ol></li><li> Caracterização XRD <ol><li> Mole suavemente algumas nanofibras em um pó fino e espalhe-as uniformemente em um estágio XRD. </li><li> Coloque a amostra no difractômetro. </li><li> Configure os parâmetros de aquisição: use um ângulo de início de 10 °, um ângulo final de 80 °, umTamanho da etapa de 0,015 °. </li><li> Comece a aquisição dos dados XRD. </li></ol></li></ol> 5. Fabricação de células solares <ol><li> Tratar o fotoaneto com uma solução aquosa de TiCl4 a 75 ° C durante 45 min. Após o tratamento, lave com água desionizada e seque. </li><li> Sensibilizar o fotoanode submergindo-o em uma solução 0,5 mM de corante de rutênio N719 em etanol absoluto durante 24 h sob condições escuras. </li><li> Coloque uma folha de filme de vedação sobre o fotoanodo sensibilizado para servir como uma junta termoplástica entre o fotoanodo e o contraeletrodo. </li><li> Coloque um contra-eléctrodo FTO revestido com Pt com um orifício pré-perfurado no centro, em cima da película de vedação, de modo que ambos os lados se voltem um para o outro. </li><li> Aqueça a célula montada a 100 ° C durante 15 minutos para selar a junta. </li><li> Depurar algumas gotas de um mediador redox, consistindo em uma solução de iodeto de 1-propil-3-metilimidazólio (0,8 M), iodo (0,1 M),E benzimidazole (0,3 M) em 3-metoxipropionitrilo, em cima do orifício pré-perfurado do contra-eléctrodo. </li><li> Coloque a célula em um dessecador de vácuo para permitir que o mediador redox preencha o espaço interno da célula montada. </li></ol> 6. Caracterização da curva JV <ol><li> Adquira as curvas JV usando um medidor de fonte digital inferior a uma iluminação de 100 mW / cm 2 de uma fonte de arco xenon passada por um 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>

Os autores não têm nada a divulgar.

Os métodos apresentados neste trabalho descrevem a fabricação de fotanodes nanofibrosos eficientes para dispositivos fotocatalíticos, como DSSCs. Electrospinning é uma técnica muito versátil para a fabricação de nanofibras, mas um certo nível de habilidade e conhecimento é necessário para obter materiais com morfologias ótimas. Um dos aspectos mais críticos para a obtenção de nanofibras boas é a preparação da solução precursora: existem alguns fatores fundamentais, como a concentração do polímero transportador e a escol...

As células solares sensibilizadas por corantes (DSSCs) são uma alternativa interessante às células solares à base de silício 1, graças ao seu baixo custo, processo de fabricação relativamente simples e facilidade de produção em grande escala. Outro benefício é o seu potencial para ser incorporado em substratos flexíveis, uma vantagem distinta em relação às células solares à base de silício 2 . Um DSSC típico utiliza: (1) um fotoaneto de TiO 2 nanoparticulado, sensibilizado com um corante, como uma camada de colheita leve; (2) um FTO revestido com Pt, usado como um contra-eletrodo; E (3) um eletrólito contendo um casal redox, como I - / I 3 - , colocado entre os dois eletrodos, funcionando como um &quot;meio condutor de furos&quot;. Embora os DSSCs tenham ultrapassado as eficiências de 15% 3 , o desempenho de fotanodes à base de nanopartículas ainda está dificultado por uma série de limitações, incluindo mobilização de elétrons lentoY 4 , má absorção de fótons de baixa energia 5 e recombinação de carga 6 . A eficiência da coleta de elétrons depende fortemente da taxa de transporte de elétrons através da camada de nanopartículas de TiO 2 . Se a difusão de carga for lenta, a probabilidade de recombinação com I3 - na solução eletrolítica aumenta, resultando em uma perda de eficiência. Demonstrou-se que a substituição do TiO 2 nanoparticulado por nanoarquitecturas de TiO 2 unidimensionais (1D) pode melhorar o transporte de carga reduzindo a dispersão de elétrons livres dos limites de grãos das nanopartículas de TiO 2 interconectadas 7 . À medida que as nanoestruturas 1D fornecem uma via mais direta para coleta de cobrança, podemos esperar que o transporte de elétrons em nanofibras (NFs) seja significativamente mais rápido do que em nanopartículas 8 , </sup&gt; 9 . Electrospinning é um dos métodos mais utilizados para a fabricação de materiais fibrosos com diâmetros submicrométricos 10 . Esta técnica envolve o uso de alta tensão para induzir a ejeção de um jato de solução de polímero através de uma fiação. Devido à instabilidade de flexão, este jato é posteriormente esticado muitas vezes para formar nanofibras contínuas. Nos últimos anos, esta técnica tem sido amplamente utilizada para fabricar materiais poliméricos e inorgânicos, que foram utilizados para aplicações numerosas e diversas, tais como engenharia de tecidos 11 , catálise 12 e como materiais de eletrodo para baterias de iões de lítio 13 e supercondensadores 14 . O uso de TiO 2 -NFs electrospun como a camada de dispersão no fotoanode pode aumentar o desempenho de DSSCs. No entanto, os fotoanodes com nanofibroAs arquiteturas de nós tendem a ter pouca absorção de corantes devido às limitações da área de superfície. Uma das possíveis soluções para superar isso é misturar NFs e nanopartículas. Isso resultou em camadas de dispersão adicionais, melhorando a absorção de luz e a eficiência geral 15 . O protocolo apresentado neste vídeo fornece um método fácil para sintetizar nanofibras ultralong TiO 2 através de uma combinação de técnicas de eletrospinning e sol-gel, seguidas de um processo de calcinação. O protocolo então ilustra o uso dos TiO 2 -NF em combinação com TiO 2 nanoparticulado para a fabricação de um fotoanodo de camada dupla com capacidade de dispersão de luz melhorada usando técnicas de doutoramento, bem como a subsequente montagem de um DSSC usando tal Photoanode.

<table><tbody><tr><td>titânio (IV) n-butóxido</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244112</td><td></td></tr><tr><td>Polivinilpirrolidona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td></td></tr><tr><td>ácido acético glacial</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A6283</td><td></td></tr><tr><td>Etanol, absoluto</td><td>Fisher Scientific</td><td>E / 0650DF / 17</td><td></td></tr><tr><td>Frascos de amostra de 20 mL</td> <td>(qualquer)</td><td></td> <td>(ou volume maior)</td></tr><tr><td>agulha descartável 21G</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>lixa de grão P150</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>seringa descartável de 10mL</td> <td>(qualquer)</td><td></td> <td>(ou volume maior)</td></tr> <tr><td>agitador magnético + barra de agitação</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Bomba de seringa PHD 2000</td><td>Harvard Apparatus</td><td>71-2002</td> <td>(ou qualquer outra bomba de seringa capaz de produzir um fluxo de 1mL / h</td></tr><tr><td>Alumínio folha</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Placa coletora de aço inoxidável</td> <td>(personalizada)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Fonte de alimentação de alta tensão</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc</td><td>ES30P-10W</td> <td>(ou qualquer outra fonte de alimentação capaz de produzir +15 kV Escudo</td></tr><tr><td>protetor de policarbonato</td> <td>(construído sob medida)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Cadinho de cerâmica</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Mufla forno</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dióxido de titânio, nanopó</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>718467</td><td></td></tr><tr><td>50 mL Frascos de fundo redondo de 1 pescoço</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>sonicador de banho</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Terpineol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Evaporador rotativo</td> <td>(qualquer)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FTO vidro</td><td>Solaronix</td><td>TCO30-10/LI</td><td></td></tr><tr><td>Fita adesiva</td>(<td>qualquer)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>lâmina de barbear</td><td>(qualquer)</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>Titanium Tetrachloride</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>filme de vedação</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-propyl-3-methylimidazolium iodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>49637</td><td></td></tr><tr><td>Iodo</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-Metoxipropionitrila</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>65290</td><td></td></tr><tr><td>Medidor de fonte digital</td><td>Keithley</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Simulador Solar</td><td>Abet technologies</td><td>10500</td><td></td></tr></tbody></table>

electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

Este trabalho demonstra um protocolo para fabricar um fotoaneto à base de fibra para células solares sensibilizadas com corantes, consistindo em uma camada de dispersão de luz feita de nanofibras de dióxido de titânio eletropun (TiO2 -NFs) em cima de uma camada de bloqueio feita de dióxido de titânio comercialmente disponível Nanopartículas (TiO2-NPs). Isto é conseguido através da primeira electrospinificação de uma solução de butóxido de titânio (IV), polivinilpirrolidona (PVP) e ácido acético glacial em etanol para obter nanofibras PVP / TiO 2 compostas. Estes são então calcinados a 500 ° C para remover a PVP e para obter nanofibras de titânia de fase anatase pura. Este material é caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e difracção de raios X em pó (XRD). O fotoanodo é preparado primeiro criando uma camada de bloqueio através da deposição de uma suspensão de TiO2-NPs / terpineol em uma lâmina de vidro de óxido de estanho dopada com flúor (FTO) usando técnicas de doutoramento. Um tratamento térmico subseqüenteÉ realizada a 500 ° C. Em seguida, a camada de dispersão de luz é formada depositando uma pasta de TiO2-Ns / terpineol no mesmo slide, usando a mesma técnica e calcinando novamente a 500 ° C. O desempenho do fotoanode é testado através da fabricação de uma célula solar sensibilizada por corante e medindo sua eficiência através de curvas JV sob uma gama de densidades de luz incidente, de 0,25-1 Sun.

As nanofibras TiO 2 foram caracterizadas utilizando SEM, espectroscopia de fotoeletro de raio X (XPS) e XRD. A nanoestrutura do fotoanodo foi caracterizada usando SEM. O desempenho do DSSC montado foi testado usando um simulador solar e uma unidade de medida de fonte. A imagem de SEM na Figura 1A mostra que as nanofibras sintetizadas usando este protocolo possuem uma estrutura porosa e ...

O objetivo geral deste projeto era usar eletrospinning para fabricar um fotoanode com desempenho melhorado para células solares sensibilizadas com corantes.

Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

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

O objetivo geral deste trabalho é fabricar uma fotoânodo para células solares sensibilizadas por corante com desempenho aprimorado, utilizando eletrofiação. Os nanomateriais são excelentes. Eles apresentam propriedades químicas e físicas que não são encontradas nos materiais correspondentes em forma maciça.No entanto, se você tentar fabricar um dispositivo utilizando nanomateriais, isso pode tornar-se bastante difícil. Neste vídeo, mostramos como fabricar nanofibras inorgânicas unidimensionais e utilizá-las em um dispositivo de célula solar. A direcionalidade nas nanofibras faz com que os dispositivos tenham um desempenho muito melhor em comparação com dispositivos que utilizam apenas materiais nanocristalinos.Para preparar a solução precursora, coloque 10 mililitros de etanol absoluto, um mililitro de ácido acético glacial, cinco gramas de óxido de titânio(II) e um grama de PVP em um vial de amostra. Misture a solução até que fique homogênea e não se observem bolhas. Para obter uma nanoarquitetura unidimensional, vamos utilizar a eletrofiação.Uma técnica simples, porém bastante engenhosa, que nos permite obter nanofibras com vários micrômetros de comprimento e apenas algumas centenas de nanômetros de diâmetro. Para preparar a agulha utilizada no processo de eletrofiação, corte a ponta de uma agulha de calibre 21 e lixe-a com lixa de grão médio até que a ponta fique completamente plana. Carregue a solução precursora na seringa e coloque-a na bomba de seringa.Cubra a placa coletora com folha de alumínio e coloque o escudo protetor ao redor da montagem. A distância entre a agulha e a placa coletora deve ser de 20 centímetros. Conecte a placa coletora ao terra e a agulha à fonte de alimentação.Defina a taxa de fluxo da bomba de seringa para um mililitro por hora e inicie a infusão. Assim que alguma solução aparecer na ponta da agulha, ligue a fonte de alta tensão e ajuste-a para 15 quilovolts. Neste momento, as fibras começarão a se acumular na placa.Isso pode ser mantido em funcionamento pelo tempo necessário para atingir a espessura desejada da manta de fibras. Após a conclusão da fiação, desligue a fonte de alta tensão e remova a folha da placa coletora. Deixar as fibras em repouso durante a noite facilita a remoção delas da placa coletora.Coloque as fibras descascadas em um cadinho e insira-as em um forno com uma rampa de temperatura de cinco graus por minuto, até 500 graus por duas horas, para remover o PVP e produzir nanofibras puras de TiO₂. A fabricação do fotoânodo exige a posição de uma camada dispersora de luz, composta por nanofibras de dióxido de titânio, sobre uma camada de bloqueio feita de nanopartículas de dióxido de titânio comercialmente disponíveis. Isso é essencial para prevenir o acúmulo de cargas com um substrato.Inicie adicionando 500 miligramas de nanopartículas de dióxido de titânio a 20 mL de etanol em um balão de fundo redondo. Em um balão separado, misture 500 miligramas das nanofibras de dióxido de titânio eletrofiadas com outros 20 mL de etanol. Submeta as soluções à sonicacão por duas horas utilizando um banho ultrassônico.Uma vez obtidas misturas homogêneas, adicione 2 mils de terpineol a cada frasco e sonique por mais 15 minutos. Por fim, evapore o solvente utilizando um evaporador rotativo para obter as suspensões. Usando um cortador de vidro de diamante, corte uma lâmina de FTO em um quadrado de dois por dois centímetros.Coloque uma fita adesiva sobre a lâmina de vidro, deixando uma área de 0,4 centímetro quadrado exposta no centro. Deposite algumas gotas da suspensão de nanopartículas de dióxido de titânio no centro da lâmina de vidro. Utilize uma lâmina de barbear para espalhar uniformemente a suspensão na área exposta.Após a obtenção de um revestimento uniforme, remova cuidadosamente a fita adesiva. Em seguida, coloque os fotoânodos em um forno e centralize-os a 500 graus por duas horas. Repita o processo no mesmo lâmina de vidro, utilizando desta vez a pasta de nanofibras para depositar a camada dispersora de luz.O fotoânodo compósito é novamente aquecido a 500 graus por duas horas. Para caracterizar nossas nanofibras, vamos utilizar MEV e DRX, e então, para testar o desempenho de nossas nanofibras, vamos implementá-las em uma célula solar sensibilizada por corante. Para preparar a amostra para microscopia eletrônica de varredura, fixe uma tira de fita adesiva de carbono no suporte do microscópio.Em seguida, coloque cuidadosamente uma pequena quantidade de nanofibras sobre a fita. Fixe o suporte em um porta-amostras e abaixe-o na câmara de troca do instrumento. Configure as condições e parâmetros do instrumento de acordo.Colete imagens da amostra, certificando-se de que exibam a morfologia geral do material. As imagens de MEV mostram que as fibras são porosas na estrutura e possuem uma alta razão de aspecto. Para preparar o material para a caracterização por difração de raios X, triture suavemente algumas nanofibras em um pó fino e espalhe-as uniformemente sobre uma platina de DRX.Carregue a amostra no difratômetro. Configure os parâmetros de aquisição e inicie a coleta dos dados. O difratograma mostra uma série de picos correspondentes à fase anatase do dióxido de titânio.Para preparar a célula solar, trate primeiro os fotoânodos de TiO2 com uma solução aquosa de TiCl4 a 75 graus C por 45 minutos. Após o tratamento, lave os fotoânodos com água ionizada. Seque-os e sensibilize-os em uma solução de corante Ruthenizer N719 em etanol absoluto por 24 horas em condições de escuro.Os fotoânodos sensibilizados serão lavados com etanol para remover moléculas de corante em excesso da superfície do fotoânodo de TiO₂. Uma película selante é utilizada como junta térmoplástica entre o eletrodo de contrapartida e os fotoânodos. Eletrodos de contrapartida de FTO revestidos com platina são utilizados em todas as células solares.As células solares montadas são aquecidas a 100 graus C por 15 minutos para selar a junta. Um mediador redox é adicionado ao espaço interno das células solares por preenchimento a vácuo. Curvas J-V são obtidas utilizando um Keithley 2400 Digital SourceMeter sob uma iluminação de 100 milowatts por centímetro quadrado proveniente de uma fonte de arco de xenônio passada através de um filtro AM 1.5 G.O plano de iluminação da fonte de luz é calibrado com uma célula de referência de silício monocristalino. Neste vídeo, mostramos como fabricar células solares sensibilizadas por corante utilizando nanofibras inorgânicas. Além desta aplicação, existem muitas outras possibilidades.Por exemplo, baterias, eletrodos transparentes, filtros ativos e outros. Se deseja saber mais detalhes, consulte nossas publicações. Espero que tenha gostado e aprendido com este vídeo, e entre em contato conosco se tiver alguma dúvida ou quiser fornecer feedback.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

O processo de eletrofiação polímeros para engenharia de tecidos e de cultura de células é abordada neste artigo. Especificamente, o electrospinning de macromers fotorreativas com capacidades de processamento adicional de photopatterning e multi-polímero eletrofiação é descrito.

Eletrofiação Andaimes Polymer fibrosos para Engenharia de Tecidos e Cultura de Células

Eletrofiação técnicas podem criar uma variedade de andaimes de nanofibras para engenharia de tecidos ou outros aplicativos. Descrevemos aqui um procedimento para otimizar os parâmetros da solução de eletrofiação e aparelhos para obter fibras com a morfologia desejada e alinhamento. Problemas comuns e técnicas de solução também são apresentados.

Fundamentos eletrofiação: Solução de Otimização e Parâmetros Aparelho

Um dispositivo integrado, incorporando uma célula e tripleto-tripleto aniquilação solares up-conversion unidade sensibilizadas por corante foi produzida, obtendo-se a colheita de luz melhorada, a partir de uma secção mais larga do espectro solar. De acordo com os níveis de irradiação modestos foi demonstrada uma resposta melhorada significativamente para fótons de baixa energia, produzindo um número recorde de mérito para células solares sensibilizadas por corante.

Integrando um Triplet-triplete Annihilation Sistema Up-conversion para melhorar Dye-sensibilizadas Response célula solar para a Luz Sub-bandgap

Este artigo investiga a adequação da impressão a jato de tinta para a fabricação de células solares sensibilizadas por corantes. Uma tinta de nanopartículas de TiO2 sem aglutinante foi formulada e impressa em um substrato de vidro FTO. A camada impressa foi fabricada em uma célula com área ativa de 0,25cm2 e eficiência de 3,5%.

Impressão digital de dióxido de titânio para células solares Dye sensibilizados

Este protocolo demonstra como atingir a sensibilidade de detecção femto molar de proteínas em 10 μL de sangue total em 30 min. Isso pode ser alcançado usando esteiras nanofibrosas eletrofiadas integradas em um lab-on-a-disc, que oferece alta área de superfície, bem como mistura e lavagem eficazes para melhorar a relação sinal-ruído.

Totalmente dispositivo automático centrífugo microfluídicos para a detecção de proteínas Ultrasensitive de Sangue Total

Nós incorporamos diretamente um corante orgânico stilbene-baseado em um núcleo do cobaloxime para gerar um photosensitizer-díade do catalizador para a produção photocatalítica de H2 . Também desenvolvemos uma configuração experimental simples para avaliar a produção de H2 conduzida pela luz por montagens fotocatalíticas.

Desenvolvendo híbridos photosensitizer-Cobaloxime para produção solar-driven H2 em condições aeróbias aquosas

Este artigo descreve uma técnica simples para revestir nanofibras de PAN eletrofiadas com polímeros eletroativos usando deposição de vapor. Os efeitos do oxidante FeCl₃ na deposição de revestimentos de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) em PAN foram investigados para entender e otimizar o crescimento do polímero, o diâmetro da fibra e a resistência mecânica geral das esteiras de nanofibras.

Deposição em fase de vapor de poli eletroativo (3,4-etilenodioxitiofeno) em nanofibras de polímero de commodity eletrofiada

Uma técnica de síntese para preparar o ZnCoS/ZnCdS responsivo à luz visível com fotocatalisador de estrutura cristalina dupla e a técnica de teste de reação fotorredox de sua atividade fotocatalítica e seletividade na evolução de H2 e produção de benzaldeído é apresentada.

Síntese e Avaliações de Desempenho de ZnCoS/ZnCdS com Estrutura de Cristal Duplo para Fotocatálise Redox Multifuncional em Aplicações de Energia

Este protocolo orienta a fabricação e análise eletroquímica de eletrocatalisadores bimetálicos CuZn e NiCo suportados por MXene para produção de combustível verde a partir de dióxido de carbono e água usando energia solar.

Produção de combustível verde eletroquímico movido a energia solar a partir de CO2 e água usando catalisadores de CuZn e NiCo suportados por Ti3C2T x MXene

Silício policristalino de película fina de células solares em vidro são fabricados pela deposição de boro e fósforo camadas de silício dopado seguido por cristalização passivação defeito, e metalização. Plasmonic luz aprisionamento é introduzido através da formação de nanopartículas de Ag na superfície da célula de silício tapado com um reflector difusa resultando em ~ reforço fotocorrente 45%.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

Aprenda a fabricar fotoânodos por eletrofiação para células solares sensibilizadas por corante usando nanofibras inorgânicas unidimensionais. Este método melhora a eficiência do dispositivo em comparação com materiais nanocristalinos tradicionais.

Electrospinning de eletrodos fotocatalíticos para células solares sensibilizadas por corante

Explorar mais vídeos