基本信息

4-叔丁基吡啶，外文名：4-tert-butylpyridine，化學(xué)式C₉H₁₃N，分子量135.21，CAS： 3978-81-2，為液體，密度： 0.915g/cm³，沸點(diǎn)： 196-197℃，常用于染料敏化太陽能電池電源液的添加劑，可以提升光電池的開路電壓。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池(DSSC)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和效率高的優(yōu)點(diǎn)，可以替代普通的太陽能電池，因此受到人們的廣泛關(guān)注。為了有效地使染料再生，使用氧化還原電解質(zhì)是必要的。氧化還原電解質(zhì)對納米晶TiO₂電極的能帶結(jié)構(gòu)有重要的影響，從而影響電極的光電性質(zhì)。此外，電解質(zhì)溶液中的添加劑也扮演了重要的角色。迄今為止，4-叔丁基吡啶 (TBP)是染料敏化太陽能電池使用最多的添加劑， 它能夠明顯提高電池的光電性質(zhì)。目前，關(guān)于TBP對納米晶TiO₂電極的能帶結(jié)構(gòu)以及表面態(tài)影響的詳細(xì)研究鮮有報(bào)。

實(shí)驗(yàn)方法

TiO₂納米晶電極：TiO₂膠體和薄膜的制備，用玻璃棒將膠體溶液均勻鋪展在導(dǎo)電玻璃上，紅外燈烤干后，放入馬弗爐中450℃燒結(jié)30 min。將TiO₂膜在0.2 mol·L^-1 的TiCl₄溶液中浸泡24h，取出，去離子水沖洗干凈，吹干，450℃下燒結(jié)30min。

染料敏化TiO₂電極：待上述制備好的TiO₂納米晶薄膜，溫度降到80℃時(shí)，將其放入濃度為5×10^-4mol·L^-1 的N3乙醇溶液中浸泡12h，取出，經(jīng)乙醇沖洗3次，吹干。

電化學(xué)測試使用CHI800電化學(xué)分析儀(上海辰華)，三電極體系，工作電極即N3敏化TiO₂納米晶膜電極，工作面積3cm²，鉑絲為對電極，飽和Ag/AgCl電極為參比電極，經(jīng)光譜電化學(xué)測試，以N3敏化TiO₂納米晶膜為光陽極，表面鍍鉑的導(dǎo)電玻璃為光陰極，照射光源500W氙燈，光路上放置一片IRA-25S紅外濾光片以防電極產(chǎn)生熱電流，GG420截止濾光片防止紫外光激發(fā)二氧化鈦，在光的通路中放置組合的干涉濾光片(Ealing)以獲得一定波長的單色光，電極的有效照射面積為0.196cm²，電解質(zhì)為0.5 mol· L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂+0.3 mol·L^-1 1-甲基-3-丙基碘化咪唑和不同濃度的4-叔丁基吡啶，溶劑為乙腈/ 丙稀碳酸酯=1∶1，實(shí)驗(yàn)過程對電解質(zhì)溶液始終保持通N2除氧。

結(jié)論

1)如在電解液中加入4-叔丁基吡啶可使納米晶TiO₂電極的平帶電勢發(fā)生負(fù)移，而且其加入的濃度越大，平帶電勢負(fù)移越大，在分別不含和含有0.2或 0.4 mol·L^-14-叔丁基吡啶的0.2 mol·L^-1 高氯酸四丁基銨/乙腈溶液中，測得TiO₂電極的E_fb 分別為-2.25，-2.46和-2.60V。

2)4-叔丁基吡啶也使納米晶TiO₂電極表面的陷阱態(tài)密度顯著減小。在不含和含有0.2或0.4 mol·L^-14-叔丁基吡啶的0.2 mol·L^-1 高氯酸四丁基銨/乙腈溶液中，該電極的陷阱態(tài)密度分別是3.52×10¹⁶ ，3.18×10¹⁶和3.37× 10¹⁶ cm^-2 ，陷阱態(tài)分布的值位于-1.99，-1.89 和-1.85 V處。

3)N3敏化納米晶TiO₂電池的光電化學(xué)測試表明，當(dāng)于電解質(zhì)中加入4-叔丁基吡啶時(shí)，電池的光電壓顯著增大，主要原因是導(dǎo)帶的負(fù)移以及表面態(tài)減少， 從而改善了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

參考文獻(xiàn)

[1]楊術(shù)明,王紀(jì)超,寇慧芝等.4-叔丁基吡啶對納米晶TiO2電極的能帶結(jié)構(gòu)及光電化學(xué)性質(zhì)的影響[J].電化學(xué),2011,17(02):204-211.