蘭州大學周金元J. Colloid Interface Sci.：不對稱SnO2/TiO2并列雙組分納米纖維用

DOI:10.1016/j.jcis.2020.09.017

通常會引入SnO2/TiO2 II型異質結來提高光電化學電極中光生載流子的分離效率，而這些異質結大多數是核-殼結構，這往往限制了兩種組分的協同作用。在這項工作中，采用一種具備兩個V形連接導電通道的新型無針靜電紡絲技術（V形通道靜電紡絲）制備了成分比可調的不對稱SnO2/TiO2并列雙組分納米纖維（SBNFs）。結果表明，與傳統的使用兩個并排金屬針的靜電紡絲相比，這種V通道靜電紡絲技術對于大規模制備SBNF材料具有更高的穩定性、可控性和可調性。這些SnO2/TiO2 SBNFs是不對稱的，由微SnO2 NF（直徑在20-80nm之內可調）和Sn摻雜TiO2 NF（直徑約250nm）組成。此外，基于這種不對稱SnO2/TiO2 SBNFs的染料敏化太陽能電池（DSSCs）的最大功率轉換效率（PCE）為8.3％，是基于TiO2 NFs的電池的2.59倍。一系列分析表明，PCE的增強主要歸因于通過SnO2 NFs改善的電子傳輸和通過不對稱SnO2/TiO2異質結界面增強的載流子分離。本研究將為高性能光電化學器件中SBNFs的制備提供一些新的見解。

圖1.（a）V通道靜電紡絲裝置示意圖，（b）SnO2/TiO2 SBNFs的形成過程，以及（c）在DSSCs中通過SnO2/TiO2異質結的分離和傳輸。（b）中的插圖是退火前后電紡SBNFs的SEM圖像。

圖2.（a-b）為SnO2/TiO2-10 SBNFs退火前后的SEM圖，（c，e）SnO2/TiO2-10 SBNFs的SEM和TEM圖。（d，f）分別為SnO2/TiO2 SBNFs中SnO2 NF和TiO2 NFs的HR-TEM圖像和（g-h）SEAD圖譜，（g-h）SnO2/TiO2-10 SBNF中Ti和Sn的元素映射圖，（i，j）SnO2/TiO2-10 SBNF中SnO2 NF和TiO2 NFs的SEAD圖像。（a）中的插圖是相應的放大SEM圖像，（b）中的插圖是SnO2/TiO2-10 SBNFs中TiO2 NFs的直徑分布，（c）中的插圖是SnO2/TiO2 SBNFs的EDX光譜。

圖3.（a）TiO2 NFs和SnO2/TiO2-10 SBNFs的XRD圖譜和（b）拉曼光譜。

圖4.（a）基于TiO2 NF、SnO2@TiO2核殼納米纖維和TiO2/SnO2 SBNF光陽極的DSSCs的J-V曲線，（b）奈奎斯特圖，（c）Bode圖。（b）中的插圖顯示了DSSCs的等效電路。

圖5.（a）基于具有不同SnO2含量的SnO2/TiO2 SBNF光陽極的DSSCs的J-V曲線，（b）奈奎斯特圖，（c）Bode圖，（d）根據V-T曲線計算得出的τn。（b）中的插圖顯示了DSSCs的等效電路。