核壳Ag@TiO 2 纳米颗粒太阳能吸收特性调控及其光热/电应用研究
发布时间：2022-10-28 22:09
作为地球能量之源,太阳能因储量无限、开采灵活、传输过程无公害等优势而将成为支撑人类未来生活的最主要能源。目前太阳能的利用效率仍然较低,如何通过新型装置实现能量的高效捕集及转化逐渐成为太阳能发展技术中的瓶颈问题。纳米尺度金属颗粒独特的表面等离激元共振效应在近场光学领域引起广泛关注,然而规则等离激元颗粒的吸收带宽局限于很窄的波段范围,无法与特定场合的光谱需求相匹配。因此有必要通过合理的结构设计,获得具有特殊结构的纳米颗粒,实现颗粒吸收光谱连续可调。本文通过调控Ag@TiO2纳米颗粒的光谱吸收性能,开展基于等离激元共振或光谱选择性吸收核壳纳米颗粒的光热转换、光电转换以及热电联产性能研究。采用溶剂热合成方法,在常温、低毒性环境以氮氮-二甲基甲酰胺快速还原AgNO3同时控制钛酸四丁酯缓慢水解的方法合成核壳Ag@TiO2纳米颗粒。通过控制前驱体摩尔比、诱导剂浓度、反应温度和反应时间等方式,实现纳米颗粒的宽光谱吸收及吸收峰位的连续可调。借助颗粒形态变化及光学吸收性能分析,揭示纳米颗粒的生长机理,得到核壳Ag@TiO2
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
主要物理量名称及符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 纳米颗粒在光伏/光热器件中的应用
1.2.1 太阳能光热转换
1.2.2 太阳能光电转换
1.2.3 太阳能光伏光热转换
1.3 等离激元共振纳米颗粒吸收光谱调控
1.3.1 金属纳米颗粒吸收光谱调控
1.3.2 金属-半导体核壳结构吸收光谱调控
1.4 本课题主要研究内容
第2章 Ag@TiO_2纳米颗粒的可控制备
2.1 引言
2.2 Ag和 Ag@TiO_2纳米颗粒的制备及表征
2.2.1 化学试剂
2.2.2 Ag纳米颗粒的制备
2.2.3 Ag@TiO_2 纳米颗粒的制备
2.2.4 Ag@TiO_2 纳米颗粒的表征
2.2.5 Ag@TiO_2 纳米颗粒的吸收光谱
2.3 Ag@TiO_2 纳米颗粒吸收光谱调控
2.3.1 前驱体摩尔比调控
2.3.2 诱导剂浓度调控
2.3.3 反应温度调控
2.3.4 反应时间调控
2.4 Ag@TiO_2 纳米颗粒合成机理
2.5 本章小结
第3章 Ag@TiO_2纳米流体同步蒸发及集热性能研究
3.1 引言
3.2 纳米流体的制备
3.3 纳米流体的吸收光谱
3.4 纳米流体驱动蒸发及集热实验原理
3.4.1 实验装置及操作介绍
3.4.2 实验数据处理
3.4.3 实验误差分析
3.5 纳米流体驱动蒸发及集热实验结果
3.5.1 纳米颗粒浓度的影响
3.5.2 光照强度的影响
3.5.3 纳米流体中的能量传递规律
3.5.4 纳米流体的重复使用性和稳定性
3.6 本章小结
第4章 Ag@TiO_2纳米颗粒膜界面水蒸发性能研究
4.1 引言
4.2 纳米颗粒负载膜的制备
4.3 膜的基本性能表征
4.3.1 表面润湿性
4.3.2 导热系数
4.3.3 表面粗糙度
4.4 纳米颗粒膜驱动水蒸发实验原理及误差分析
4.5 纳米颗粒膜驱动水蒸发研究结果
4.5.1 基底的选择
4.5.2 纳米颗粒面密度的影响
4.5.3 光照强度的影响
4.5.4 纳米颗粒负载膜蒸发器中的能量传递规律
4.5.5 纳米颗粒负载膜的可重复使用性验证
4.6 本章小结
第5章 Ag@TiO_2纳米颗粒混合的染料敏化太阳能电池性能研究
5.1 引言
5.2 电池的制备及性能评估
5.2.1 实验材料
5.2.2 浆料的制备
5.2.3 电池组件的制备及电池封装
5.2.4 电池性能测试
5.2.5 实验误差分析
5.3 纳米颗粒混合对电池性能的影响
5.3.1 混合颗粒对光谱吸收性能的影响
5.3.2 纳米颗粒混合量对电池性能的影响
5.4 介孔TiO_2颗粒对电池性能的改善
5.4.1 介孔TiO_2颗粒的制备及表征
5.4.2 双层膜电池性能优化结果
5.5 本章小结
第6章 Ag@TiO_2纳米流体在太阳能光束分离器中的分频性能研究
6.1 引言
6.2 纳米流体的透射光谱
6.3 光束分离性能理论计算
6.3.1 光热输出模型
6.3.2 光电输出模型
6.3.3 纳米流体光束分离性能计算结果
6.4 光束分离性能实验研究
6.4.1 太阳能光束分离实验原理
6.4.2 光束分离性能评价方法
6.4.3 实验误差分析
6.4.4 光伏光热转化性能
6.4.5 优值函数分析
6.4.6 稳定性验证
6.5 乙二醇溶液光束分离器
6.5.1 光伏光热转化性能
6.5.2 优值函数分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米Au双壳层微球对染料敏化太阳能电池性能的优化[J]. 柳家娴,李明月,谢帅,程向阳,罗志鹏,丁华琪,李美亚. 武汉大学学报(理学版). 2018(05)
[2]界面光蒸汽转化研究进展[J]. 魏天骐,李秀强,李金磊,周林,祝世宁,朱嘉. 科学通报. 2018(14)
[3]纳米流体在换热器领域的研究进展[J]. 庞宇,翟郑佳,王进. 现代化工. 2018(06)
[4]表面等离激元受激辐射方向性调控研究进展[J]. 陈佳琦,袁国秋,王孟,曹敏. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[5]基于水基SiO2纳米流体PV/T系统辐射性能研究[J]. 李华锋,白建波,张超,陈秉岩,罗朋,夏旭,黄子强. 可再生能源. 2017(10)
[6]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[7]聚光型太阳能分频利用系统的光学性能分析[J]. 张洁,安巍,朱彤. 太阳能学报. 2017(03)
[8]有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 陈超,杨修春,刘巍. 化工学报. 2017(03)
[9]一种光热/光伏耦合式小型太阳能海水淡化装置的研制[J]. 闫晓彤,袁合涛,杨可,李倩,高源,彭昌盛. 水处理技术. 2016(10)
[10]太阳能光热发电并网运行及优化规划研究综述与展望[J]. 杜尔顺,张宁,康重庆,苗淼. 中国电机工程学报. 2016(21)
博士论文
[1]基于低维碳材料的高效光热蒸汽转化研究[D]. 李秀强.南京大学 2018
硕士论文
[1]基于多酸的钼基碳化物电催化剂的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的应用[D]. 王婷.东北师范大学 2018
[2]TiO2光阳极掺杂在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 邓华权.天津大学 2016
本文编号：3697375
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
主要物理量名称及符号表
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 纳米颗粒在光伏/光热器件中的应用
1.2.1 太阳能光热转换
1.2.2 太阳能光电转换
1.2.3 太阳能光伏光热转换
1.3 等离激元共振纳米颗粒吸收光谱调控
1.3.1 金属纳米颗粒吸收光谱调控
1.3.2 金属-半导体核壳结构吸收光谱调控
1.4 本课题主要研究内容
第2章 Ag@TiO_2纳米颗粒的可控制备
2.1 引言
2.2 Ag和 Ag@TiO_2纳米颗粒的制备及表征
2.2.1 化学试剂
2.2.2 Ag纳米颗粒的制备
2.2.3 Ag@TiO_2 纳米颗粒的制备
2.2.4 Ag@TiO_2 纳米颗粒的表征
2.2.5 Ag@TiO_2 纳米颗粒的吸收光谱
2.3 Ag@TiO_2 纳米颗粒吸收光谱调控
2.3.1 前驱体摩尔比调控
2.3.2 诱导剂浓度调控
2.3.3 反应温度调控
2.3.4 反应时间调控
2.4 Ag@TiO_2 纳米颗粒合成机理
2.5 本章小结
第3章 Ag@TiO_2纳米流体同步蒸发及集热性能研究
3.1 引言
3.2 纳米流体的制备
3.3 纳米流体的吸收光谱
3.4 纳米流体驱动蒸发及集热实验原理
3.4.1 实验装置及操作介绍
3.4.2 实验数据处理
3.4.3 实验误差分析
3.5 纳米流体驱动蒸发及集热实验结果
3.5.1 纳米颗粒浓度的影响
3.5.2 光照强度的影响
3.5.3 纳米流体中的能量传递规律
3.5.4 纳米流体的重复使用性和稳定性
3.6 本章小结
第4章 Ag@TiO_2纳米颗粒膜界面水蒸发性能研究
4.1 引言
4.2 纳米颗粒负载膜的制备
4.3 膜的基本性能表征
4.3.1 表面润湿性
4.3.2 导热系数
4.3.3 表面粗糙度
4.4 纳米颗粒膜驱动水蒸发实验原理及误差分析
4.5 纳米颗粒膜驱动水蒸发研究结果
4.5.1 基底的选择
4.5.2 纳米颗粒面密度的影响
4.5.3 光照强度的影响
4.5.4 纳米颗粒负载膜蒸发器中的能量传递规律
4.5.5 纳米颗粒负载膜的可重复使用性验证
4.6 本章小结
第5章 Ag@TiO_2纳米颗粒混合的染料敏化太阳能电池性能研究
5.1 引言
5.2 电池的制备及性能评估
5.2.1 实验材料
5.2.2 浆料的制备
5.2.3 电池组件的制备及电池封装
5.2.4 电池性能测试
5.2.5 实验误差分析
5.3 纳米颗粒混合对电池性能的影响
5.3.1 混合颗粒对光谱吸收性能的影响
5.3.2 纳米颗粒混合量对电池性能的影响
5.4 介孔TiO_2颗粒对电池性能的改善
5.4.1 介孔TiO_2颗粒的制备及表征
5.4.2 双层膜电池性能优化结果
5.5 本章小结
第6章 Ag@TiO_2纳米流体在太阳能光束分离器中的分频性能研究
6.1 引言
6.2 纳米流体的透射光谱
6.3 光束分离性能理论计算
6.3.1 光热输出模型
6.3.2 光电输出模型
6.3.3 纳米流体光束分离性能计算结果
6.4 光束分离性能实验研究
6.4.1 太阳能光束分离实验原理
6.4.2 光束分离性能评价方法
6.4.3 实验误差分析
6.4.4 光伏光热转化性能
6.4.5 优值函数分析
6.4.6 稳定性验证
6.5 乙二醇溶液光束分离器
6.5.1 光伏光热转化性能
6.5.2 优值函数分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米Au双壳层微球对染料敏化太阳能电池性能的优化[J]. 柳家娴,李明月,谢帅,程向阳,罗志鹏,丁华琪,李美亚. 武汉大学学报(理学版). 2018(05)
[2]界面光蒸汽转化研究进展[J]. 魏天骐,李秀强,李金磊,周林,祝世宁,朱嘉. 科学通报. 2018(14)
[3]纳米流体在换热器领域的研究进展[J]. 庞宇,翟郑佳,王进. 现代化工. 2018(06)
[4]表面等离激元受激辐射方向性调控研究进展[J]. 陈佳琦,袁国秋,王孟,曹敏. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[5]基于水基SiO2纳米流体PV/T系统辐射性能研究[J]. 李华锋,白建波,张超,陈秉岩,罗朋,夏旭,黄子强. 可再生能源. 2017(10)
[6]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[7]聚光型太阳能分频利用系统的光学性能分析[J]. 张洁,安巍,朱彤. 太阳能学报. 2017(03)
[8]有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 陈超,杨修春,刘巍. 化工学报. 2017(03)
[9]一种光热/光伏耦合式小型太阳能海水淡化装置的研制[J]. 闫晓彤,袁合涛,杨可,李倩,高源,彭昌盛. 水处理技术. 2016(10)
[10]太阳能光热发电并网运行及优化规划研究综述与展望[J]. 杜尔顺,张宁,康重庆,苗淼. 中国电机工程学报. 2016(21)
博士论文
[1]基于低维碳材料的高效光热蒸汽转化研究[D]. 李秀强.南京大学 2018
硕士论文
[1]基于多酸的钼基碳化物电催化剂的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的应用[D]. 王婷.东北师范大学 2018
[2]TiO2光阳极掺杂在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 邓华权.天津大学 2016
本文编号：3697375
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