染料敏化太阳能电池钛基光阳极激光复合制造新技术及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51675013
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    黄婷
  • 依托单位：
    北京工业大学
  • 学科分类：
    E0509.加工制造
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Photoanode is a key component in dye-sensitized solar cells. The self-supported anatase TiO2 micro/nanostructures on a Ti base have attracted tremendous interest due to their excellent performance. Currently, the fabricated TiO2 structures are mainly one-dimensional, which limits the photoelectric conversion efficiency. This proposal aims to achieve three-dimensional self-supported anatase TiO2（3D-TiO2）directly fabricated on Ti base through an innovative hybrid fabrication method involving ultrashort pulse laser ablation coupled with chemical/electrochemical oxidation and annealing. Recently, a prototype 3D-TiO2 structure has been achieved in our group, and hence the feasibility of our fabrication method verified. This study will eventually establish and optimize the complete fabrication process, and reveal the evolution mechanism of 3D-TiO2 by investigating the relationship among process parameters, resulting 3D-TiO2 structures and properties. The proposed hybrid fabrication method can be readily extended to fabrication of a wide range of functional metal oxides, which hold great potential in applications such as solar cells, photocatalysis, and lithium ion battery.
光阳极是染料敏化太阳能电池的核心部件。以金属Ti作为导电基底直接制备自支撑锐钛矿TiO2微纳米结构是高性能光阳极国内外研究的前沿热点。但现有方法制备的TiO2多为一维微纳米结构，对染料敏化太阳能电池光电转换效率的提升效果十分有限。本项目针对在Ti基底上制造自支撑锐钛矿TiO2三维微纳米结构的技术需求和挑战，提出“超短脉冲激光刻蚀-化学/电化学氧化-退火”复合制造新方法，有望实现染料敏化太阳能电池光阳极性能的突破。申请人对该复合制造方法进行了预研，证明了技术的可行性。项目将优化复合制造工艺，研究揭示激光刻蚀的微纳米结构后续化学/电化学氧化的规律以及自支撑锐钛矿TiO2三维微纳米结构、性能演化机制，建立复合制造工艺参数-自支撑锐钛矿TiO2三维微纳米结构-光阳极性能之间的映射关系。该复合制造方法还可拓展到其它金属表面功能氧化物的制备，在太阳能电池、光催化、锂离子电池等领域具有良好的应用前景。

结项摘要

光阳极是染料敏化太阳能电池的核心部件。以金属Ti作为导电基底直接制备自支撑锐钛矿 TiO2微纳米结构是高性能光阳极国内外研究的前沿热点。但现有方法制备的TiO2多为一维微纳米结构，对染料敏化太阳能电池性能的提升效果十分有限。.本项目针对在Ti基底上制造自支撑锐钛矿TiO2三维微纳米结构（3DTi-TiO2）的技术需求和挑战，采用飞秒激光-水热法、飞秒激光-化学氧化法分别实现了3DTi-TiO2的“结构-功能”一体化制造，主要开展了飞秒激光刻蚀工艺、水热法/化学氧化工艺及3DTi-TiO2演变规律与调控机理、3DTi-TiO2结构与性能关系研究、3DTi-TiO2光阳极综合性能及应用拓展四个方面的研究内容。.项目团队系统研究了1030 nm和515 nm两种波长的飞秒激光刻蚀规律，建立了工艺参数与刻蚀微结构特征之间的关系，实现微结构调控，并提出高效制造策略。系统研究了水热、化学氧化工艺对微结构形貌和物相的影响规律，揭示了锐钛矿TiO2的形成机制和微结构对3DTi-TiO2的影响机制，获得了“3DTi-无定形TiO2-锐钛矿TiO2”转变的影响规律，实现对3DTi-TiO2的微纳双尺度调控。系统研究了3DTi-TiO2的结构特征对表面润湿性、光散射、染料吸附、光电转换效率等的影响规律，建立了制造工艺参数-结构-性能之间的映射关系，构建了优化的3DTi-TiO2纳米线-TiO2纳米颗粒分级结构。项目执行期间，共发表学术论文10篇，其中ACS Sustainable Chemistry & Engineering 、Applied Surface Science等SCI文章6篇、中国激光、中国表面工程等中文文章4篇。项目提出的TiO2激光-化学制备方法获得授权国家发明专利2件。项目负责人受邀国际会议作主旨报告1次，特邀报告3次。.项目提出的复合制造方法还可拓展到其它金属表面功能氧化物的制备，在太阳能电池、光催化、SERS等领域具有良好的应用前景。

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Long-term wettability of titanium surfaces by combined femtosecond laser micro/nano structuring and chemical treatments
通过飞秒激光微/纳米结构化和化学处理相结合实现钛表面的长期润湿性
  • DOI：
    10.1109/pvsc.2016.7749664
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Lu Jinlong;Huang Ting;Liu Zhu;Zhang Xin;Xiao Rongshi
  • 通讯作者：
    Xiao Rongshi
飞秒激光刻蚀微结构对NaOH水热法制备TiO_2光催化性能的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国表面工程
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    卢金龙;黄婷;肖荣诗
  • 通讯作者：
    肖荣诗
Ti表面微结构的制备及应用研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    电加工与模具
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    秦晓阳;黄婷;肖荣诗
  • 通讯作者：
    肖荣诗
A facile method to fabricate a novel 3D porous silicon/gold architecture for surface enhanced Raman scattering
一种制造用于表面增强拉曼散射的新型 3D 多孔硅/金结构的简便方法
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.03.161
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Ting Huang;Li Cao;Xin Zhang;Xiaoyan Xiong;Jiejie Xu;Rongshi Xiao
  • 通讯作者：
    Rongshi Xiao
Facile Fabrication and High Supercapacitive Performance of Three-dimensional Mn/MnOx Periodic Arrays Architecture
三维 Mn/MnOx 周期性阵列结构的简易制造和高超级电容性能
  • DOI：
    10.1021/acssuschemeng.9b02587
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Mengya Cui;Ting Huang;Rongshi Xiao;Xin Zhang;Xiaoyang Qin;Qingwei Zhang;Jiejie Xu;Qiang Wu
  • 通讯作者：
    Qiang Wu

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The rescuable function and mechanism of resveratrol on As₂O₃-induced hERG K⁺ channel deficiency.
白藜芦醇对 As‐O‐ 诱导的 hERG K‐ 通道缺陷的挽救作用和机制。
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  • 发表时间：
    2014
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  • 作者：
    赵鑫;张开平;黄婷;闫彩川;刘丽荣;朱启磊;郭峰峰;刘辰;李宝馨
  • 通讯作者：
    李宝馨
巨噬细胞迁移抑制因子促进人胚胎干细胞分化为腹侧中脑多巴胺能神经祖细胞
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
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通过短期羟胺给药有效恢复部分亚硝化和厌氧氨氧化生物膜过程：机制和微生物相互作用
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  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    黄婷;赵剑强;胡博;赵浚凯;袁春博
  • 通讯作者：
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叶片复杂曲面的机器人抛磨工艺规划研究
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    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    光学精密工程
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  • 作者：
    黄婷;许辉;樊成;孙立宁;陈国栋
  • 通讯作者：
    陈国栋
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  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    西北农业学报
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  • 作者：
    张波;秦垦;戴国礼;黄婷
  • 通讯作者：
    黄婷

其他文献

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黄婷的其他基金

锂离子电池新型多孔硅/铜电极激光-化学制造新方法及机理研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2019
  • 资助金额：
    60 万元
  • 项目类别：
    面上项目

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  • 批准号：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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