实验一-超级电容器的组装及点亮LED灯演示【实验目的】1.掌握超级电容器的基本原理及特点；2.掌握电极片的制备及电容器的组装方法；3.掌握电容器电容量的测试方法；4.熟悉线路组装及点亮LED灯的原理。【实验原理】1.电容器的分类电容器是一种电荷存储器件，按其储存电荷的原理可分为三种：传统静电电容器，双电层电容器和法拉第准电容器。传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷，它的载流子为电子。双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚集或发生氧化还原反应，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量，载流子为电子和离子，因此它们两者都被称为超级电容器，也称为电化学电容器。2.双电层电容器双电层理论由19世纪末Helmhotz等提出。Helmhotz模型认为金属表面上的净电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极/溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，即双电层。双电层由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不产生法拉第反应，所有聚集的电荷均用来在电极的溶液界面建立双电层。这里极化过程包括两种（1）电荷传递极化（2）欧姆电阻极化。1
1 实验一-超级电容器的组装 及点亮 LED 灯演示 【实验目的】 1．掌握超级电容器的基本原理及特点； 2．掌握电极片的制备及电容器的组装方法； 3．掌握电容器电容量的测试方法； 4．熟悉线路组装及点亮 LED 灯的原理。 【实验原理】 1． 电容器的分类 电容器是一种电荷存储器件，按其储存电荷的原理可分为三种：传统静电电容器，双电 层电容器和法拉第准电容器。 传统静电电容器主要是通过电介质的极化来储存电荷，它的载流子为电子。 双电层电容器和法拉第准电容储存电荷主要是通过电解质离子在电极/溶液界面的聚 集或发生氧化还原反应，它们具有比传统静电电容器大得多的比电容量，载流子为电子和离 子，因此它们两者都被称为超级电容器，也称为电化学电容器。 2．双电层电容器 双电层理论由 19 世纪末 Helmhotz 等提出。Helmhotz 模型认为金属表面上的净电荷将 从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极/溶液界面的溶液一侧，离电极一定距 离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是， 在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，即双电层。 双电层由一对理想极化电极组成，即在所施加的电位范围内并不产生法拉第反应，所有 聚集的电荷均用来在电极的溶液界面建立双电层。 这里极化过程包括两种: （1）电荷传递极化（2）欧姆电阻极化
当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面形成双电层：撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差。当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。3.法拉第准电容器对于法拉第准电容器而言，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，还包括电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层电容器中的电荷存储与上述类似，对于化学吸脱附机理来说，一般过程为：电解液中的离子（一般为H+或OH)在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面，而通过界面的电化学反应进入到电极表面活性氧化物的体相中，由于电极材料采用的是具有较大比表面积的氧化物，这样就会有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就是法拉第准电容器的充放电机理。在电活性物质中，随着存在法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：（1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系：（2）当电压与时间呈线性关系dv/dt=k时，电容器的充放电电流为恒定值。I=dv/ dt =CkAFa)(b)2e-BC-Wapc田业Be-?L1串0TxPotentialEEO-EU(d~4X10-10m）图1双电层电容器（a）和法拉第准电容器（b）工作原理示意图【电容器电容量的测试方法】1、基于CV曲线的电容器容量计算，可以根据公式（1）计算。C=是=iAtt=i/v(v为扫速，单位V/s)(1)AV-"AV2
2 当在两个电极上施加电场后，溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移，在电极表面 形成双电层；撤消电场后，电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳 定，在正负极间产生相对稳定的电位差。当将两极与外电路连通时，电极上的电荷迁移而在 外电路中产生电流，溶液中的离子迁移到溶液中成电中性，这便是双电层电容的充放电原理。 3．法拉第准电容器 对于法拉第准电容器而言，其储存电荷的过程不仅包括双电层上的存储，还包括电解液 中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而将电荷储存于电极中。对于其双电层电容器中 的电荷存储与上述类似，对于化学吸脱附机理来说，一般过程为：电解液中的离子(一般为 H+或 OH- )在外加电场的作用下由溶液中扩散到电极/溶液界面，而通过界面的电化学反应进 入到电极表面活性氧化物的体相中，由于电极材料采用的是具有较大比表面积的氧化物，这 样就会有相当多的这样的电化学反应发生，大量的电荷就被存储在电极中。放电时这些进入 氧化物中的离子又会重新返回到电解液中，同时所存储的电荷通过外电路而释放出来，这就 是法拉第准电容器的充放电机理。在电活性物质中，随着存在法拉第电荷传递化学变化的电 化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容 器，而不同于二次电池，不同之处为： （1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系； （2）当电压与时间呈线性关系 dv / dt = k 时，电容器的充放电电流为恒定值。 I = dv / dt =Ck 图 1 双电层电容器 (a) 和法拉第准电容器 (b) 工作原理示意图 【电容器电容量的测试方法】 1、基于 CV 曲线的电容器容量计算，可以根据公式（1）计算。 q t C i i / V V = = = ( 为扫速，单位 V/s) （1） (a) (b)
从式（1）来看，对于一个电容器来说，在一定的扫速v下做CV测试。充电状态下，通过电容器的电流1是一个恒定的正值，而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。这样，在CV图上就表现为一个理想的矩形。由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的CV图总是会略微偏离矩形。因此，CV曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。对双电层电容器，CV曲线越接近矩形，说明电容性能越理想；而对于电容型电容器，从循环伏安图中所表现出的氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。2、基于恒电流充放电测试曲线的电容器容量计算，可以根据公式（2）计算。C=IA(2)mAV其中I为充电电流，41为放电时间，4V是放电电势差，m是材料质量。通过多次循环测量，还可以对电容器的循环寿命进行评估。从充电曲线和放电曲线是否对称，可以判断电容器充放电和相应的电化学反应是否可逆。测试实例：图2为PPy/TSA（聚吡略咯）电极在0.5MNa2SO4溶液中的循环伏安测试曲线。在-0.4~0.6V范围内，CV曲线均呈现出较理想的电容矩形特征，并且曲线关于零电流基线基本对称，说明材料在充放电过程中所发生的氧化还原过程基本可逆。当扫描速度增加到100mV/s的时候，CV曲线仍没有偏离矩形：同时，当扫描电位方向改变时，电流表现出了快速响应特征，说明电极在充放电过程中动力学可逆性良好。100mV/s0.04 50mV/s50.02C10mV/sO-0.040.06-0.40.20.00.40.60.2Voltage/Vvs.SCE图2PPy/TSA电极在不同扫速下的CV曲线在不同电流密度下对PPy/TSA电极进行恒流充放电测试，结果如图3。可见在-0.4~0.6V范围内，充电曲线和放电曲线有较理想的对称性，说明化学氧化法制备的PPy/TSA电极在0.5MNa2SO4中所进行的氧化反应和还原反应是可逆的。3
3 从式（1）来看，对于一个电容器来说，在一定的扫速下做 CV 测试。充电状态下，通 过电容器的电流 i 是一个恒定的正值，而放电状态下的电流则为一个恒定的负值。这样，在 CV 图上就表现为一个理想的矩形。由于界面可能会发生氧化还原反应，实际电容器的 CV 图总是会略微偏离矩形。因此，CV 曲线的形状可以反映所制备材料的电容性能。对双电层 电容器，CV 曲线越接近矩形，说明电容性能越理想；而对于赝电容型电容器，从循环伏安 图中所表现出的氧化还原峰的位置，我们可以判断体系中发生了哪些氧化还原反应。 2、基于恒电流充放电测试曲线的电容器容量计算，可以根据公式（2）计算。 C= I t m V （2） 其中 I 为充电电流，t 为放电时间，ΔV 是放电电势差，m 是材料质量。通过多次循环 测量，还可以对电容器的循环寿命进行评估。从充电曲线和放电曲线是否对称，可以判断电 容器充放电和相应的电化学反应是否可逆。 测试实例： 图 2 为 PPy/TSA（聚吡咯）电极在 0.5M Na2SO4 溶液中的循环伏安测试曲线。在-0.4~0.6 V 范围内，CV 曲线均呈现出较理想的电容矩形特征，并且曲线关于零电流基线基本对称， 说明材料在充放电过程中所发生的氧化还原过程基本可逆。当扫描速度增加到 100 mV/s 的 时候，CV 曲线仍没有偏离矩形；同时，当扫描电位方向改变时，电流表现出了快速响应特 征，说明电极在充放电过程中动力学可逆性良好。 图 2 PPy/TSA 电极在不同扫速下的 CV 曲线 在不同电流密度下对 PPy/TSA 电极进行恒流充放电测试，结果如图 3。可见在-0.4~0.6 V 范围内，充电曲线和放电曲线有较理想的对称性，说明化学氧化法制备的 PPy/TSA 电极 在 0.5 M Na2SO4 中所进行的氧化反应和还原反应是可逆的。 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 Current density / A cm-2 Voltage / V vsSCE 10mVs 50mVs 100mVs
20 mA cm0.60.40.02SA0.0-0.20.410mAcm30mAcma5mAcm050100150200250t/s图3PPy/TSA电极在不同电流密度下的充放电曲线【仪器设备和药品清单】1.电极片制备过程：仪器设备：电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、压片机、冲片机、吹风机、镊子、研钵、加样枪、钥匙、称量纸药品：石墨烯、泡沫镍、乙炔黑、聚四氟乙烯、乙醇、超纯水2、电容器组装及测试：仪器设备：电化学工作站、扣式电池钢壳、扣式电池封装机、垫片（5片泡沫镍在10MP压力下压制而成）、胶头滴管、玻璃纤维膜（18mm）、镊子、100mL烧杯药品：氢氧化钾、蒸馏水3.电容器实际应用：仪器设备：带线鳄鱼夹子、LED灯、组装好的电容器2个、胶带【实验内容与实验步骤】1.超级电容器电极片的制备[1]按90:5:5（Wt%）称取活性物质石墨烯、导电剂乙炔黑和粘结剂PTFE，加入适量乙醇，调成浆状。[2]将浆料均匀吸附于Φ=16mm的泡沫镍上（已称重）。[3]真空110℃干燥12h、压片、称重，备用。制备工艺流程如图4所示。4
4 图 3 PPy/TSA 电极在不同电流密度下的充放电曲线 【仪器设备和药品清单】 1. 电极片制备过程： 仪器设备：电热恒温鼓风干燥箱、电子天平、压片机、冲片机、吹风机、镊子、研钵、加样 枪、钥匙、称量纸 药品：石墨烯、泡沫镍、乙炔黑、聚四氟乙烯、乙醇、超纯水 2. 电容器组装及测试： 仪器设备：电化学工作站、扣式电池钢壳、扣式电池封装机、垫片（5 片泡沫镍在 10 MP 压 力下压制而成）、胶头滴管、玻璃纤维膜（18 mm）、镊子、100 mL 烧杯 药品：氢氧化钾、蒸馏水 3. 电容器实际应用： 仪器设备：带线鳄鱼夹子、LED 灯、组装好的电容器 2 个、胶带 【实验内容与实验步骤】 1． 超级电容器电极片的制备 [1] 按90:5:5（wt%）称取活性物质石墨烯、导电剂乙炔黑和粘结剂PTFE，加入适 量乙醇，调成浆状。 [2] 将浆料均匀吸附于Φ=16 mm的泡沫镍上（已称重）。 [3] 真空110 °C干燥12 h、压片、称重，备用。 制备工艺流程如图 4 所示。 0 50 100 150 200 250 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 30 mA cm-2 5 mA cm-2 10 mA cm-2 E / V vs SCE t s 20 mA cm-2
电极活性材料导电剂乙炔黑混合研磨和浆涂片真空干燥压制成型称重粘结剂PTFE泡沫镍裁片称重图4电化学电容器极片的制备流程2.扣式超级电容器的组装(1)将1中制备好的电极片作为电容器的正负极：（2）正负极之间用隔膜隔离；(3）电解液为6molL-的KOH(4)在电极片与电容外壳之间垫一层泡沫镍，使得电极片与电容外壳接触良好。(5）用封装机把扣式壳封好；（6）具体组装方法如图5所示。负极正极集流体集流体+-0000000泡沫镍垫片隔膜泡沫镍垫片图5组装扣式电化学电容器的层次图1.电化学性能检测(1)把组装好的扣式超级电容器连接到电化学工作站上：(2)测试在室温下进行：(3)采用循环伏安及恒电流充放电的方式进行测试；(4)计算电容器的比电容量。2.点亮LED灯演示5
5 图 4 电化学电容器极片的制备流程 2. 扣式超级电容器的组装 （1） 将1中制备好的电极片作为电容器的正负极； （2） 正负极之间用隔膜隔离； （3） 电解液为6mol·L-1的KOH； （4） 在电极片与电容外壳之间垫一层泡沫镍，使得电极片与电容外壳接触良 好。 （5） 用封装机把扣式壳封好； （6） 具体组装方法如图5所示。 图 5 组装扣式电化学电容器的层次图 1. 电化学性能检测 （1） 把组装好的扣式超级电容器连接到电化学工作站上； （2） 测试在室温下进行； （3） 采用循环伏安及恒电流充放电的方式进行测试； （4） 计算电容器的比电容量。 2. 点亮 LED 灯演示 电极活性材料 导电剂乙炔黑 粘结剂PTFE 混合研磨和浆 涂片 真空干燥 压制成型 泡沫镍 裁片 称重 称重 电极活性材料 导电剂乙炔黑 粘结剂PTFE 混合研磨和浆 涂片 真空干燥 压制成型 泡沫镍 裁片 称重 称重 负极 正极 泡沫镍垫片 隔膜 泡沫镍垫片 集流体 负极 正极 集流体 泡沫镍垫片 隔膜 泡沫镍垫片 集流体 集流体
将两个电容器先充电后串联组成回路，如图6所示。图6超级电容器点亮LED灯演示图【注意事项】1.必须严格按照操作规程进行实验：2.遵守实验室的规章制度，保持实验室及实验台清洁。【思考题】1.超级电容器与传统电容器的区别：2.影响超级电容器性能的因素。6
6 将两个电容器先充电后串联组成回路，如图 6 所示。 图 6 超级电容器点亮 LED 灯演示图 【注意事项】 1． 必须严格按照操作规程进行实验； 2． 遵守实验室的规章制度，保持实验室及实验台清洁。 【思考题】 1．超级电容器与传统电容器的区别； 2．影响超级电容器性能的因素
实验二-染料敏化太阳能电池的制备及性能表征【实验目的】随着工业文明的迅速发展，现今世界对能源的需求量逐年大增，使得地球上能源的储存量逐年快速锐减，因而引发严重的能源危机。并因过度使用化石燃料，导致全球温室效应，致使全球暖化问题日趋严重，进而对人类所居住的地球环境造成无可复原的污染。使得再生能源的研究与开发已成为全球性刻不容缓的努力方向。在多种再生能源中，除最被看好的风力发电之外，现阶段太阳能发电被认为是较具发展潜力和应用价值的再生能源之一。因此，如何将大自然源源不绝的太阳能有效率地转化为电能，即成为人类解决能源危机和环境污染的重要途径和希望。本实验希望同学们能够通过自制太阳能池的机会，得以深入浅出地认识太阳能电池科技和其应用的基本知识和关键技术，同时，对此能源科技领域产生高度的兴趣和认同。本实验主要目的为：(1)学习染料敏化太阳能电池工作的原理。(2)掌握染料敏化太阳能电池的制备方法。(3）了解能源科技、再生能源和跨领域科学整合的重要性。【实验原理】（1）DSSC的基本结构：典型的染料敏化太阳能电池是一种类似“三明治”的结构。其结构如图1所示。7
7 实验二-染料敏化太阳能电池的 制备及性能表征 【实验目的】 随着工业文明的迅速发展，现今世界对能源的需求量逐年大增，使得地球 上能源的储存量逐年快速锐減，因而引发严重的能源危机。并因过度使用化石 燃料，导致全球温室效应，致使全球暖化问题日趋严重，进而对人类所居住的 地球环境造成无可复原的污染。使得再生能源的研究与开发已成为全球性刻不 容缓的努力方向。在多种再生能源中，除最被看好的风力发电之外，现阶段太 阳能发电被认为是较具发展潜力和应用价值的再生能源之一。因此，如何将大 自然源源不绝的太阳能有效率地转化为电能，即成为人类解決能源危机和环境 污染的重要途径和希望。 本实验希望同学们能够通过自制太阳能池的机会，得以深入浅出地认识太 阳能电池科技和其应用的基本知识和关键技术，同时，对此能源科技领域产生 高度的兴趣和认同。 本实验主要目的为： (1) 学习染料敏化太阳能电池工作的原理。 (2) 掌握染料敏化太阳能电池的制备方法。 (3) 了解能源科技、再生能源和跨领域科学整合的重要性。 【实验原理】 （1）DSSC 的基本结构： 典型的染料敏化太阳能电池是一种类似“三明治”的结构。其结构如图 1 所示
染料PtFTO玻璃基体TiO2玻璃基体FTO1太阳光电解质R图1：典型染料敏化太阳能电池的结构它主要由如下几部分组成：FTO导电玻璃（掺杂氟的SnO2透明导电玻璃）、染料敏化剂、电解质（液态的I/I3氧化还原电对）与镀碳（或铂）电极。光阳极一般指吸附了染料的半导体纳米晶薄膜，光阴极一般指碳（或铂）电极，又称为对电极。由于TiO2属于宽禁带半导体，带宽约为3.2eV，其对应的波长为387nm，属于紫外线光区，从太阳辐射光构成图2中看出，紫外光只占辐射到地球表面太阳光的3%-5%，而波长在390nm~780nm的电磁波属于可见光部分（能量约占52%），在太阳光谱中占绝大多数，却未到得到有效利用，所以如何利用这一部分可见光就成了众多研究者的目标，研究者找到一些可以与宽隙半导体TiO2的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表面上，利用染料强吸收可见光从而将光阳极的光谱响应延伸到可见光区域。常见的DSSC光阳极是在导电玻璃基底上制备多孔半导体纳米晶薄膜，然后将染料分子吸附在多孔膜中进行敏化作用，导电玻璃基底为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃，最常用的氧化物半导体是纳米晶TiO2，SnO2、ZnO、Nb20s等。电解质含有氧化还原电对，可以是液态的，也可以是准固态或固态的，目前在DSSC中使用最普遍的氧化还原电解质是I3'/I电对，对电极是在导电玻璃FTO上镀一层碳（或铂），起到还原催化作用。8
8 图 1：典型染料敏化太阳能电池的结构 它主要由如下几部分组成： FTO 导电玻璃（掺杂氟的 SnO2 透明导电玻 璃）、染料敏化剂、电解质（液态的 I -／I - 3 氧化还原电对）与镀碳（或铂）电 极。光阳极一般指吸附了染料的半导体纳米晶薄膜，光阴极一般指碳（或铂） 电极，又称为对电极。由于 TiO2 属于宽禁带半导体，带宽约为 3.2eV，其对应 的波长为 387 nm，属于紫外线光区，从太阳辐射光构成图 2 中看出，紫外光只 占辐射到地球表面太阳光的 3％-5％，而波长在 390nm～780nm 的电磁波属于 可见光部分（能量约占 52％），在太阳光谱中占绝大多数，却未到得到有效利 用，所以如何利用这一部分可见光就成了众多研究者的目标, 研究者找到一些 可以与宽隙半导体 TiO2 的导带和价带能量匹配的染料，使其吸附在半导体的表 面上，利用染料强吸收可见光从而将光阳极的光谱响应延伸到可见光区域。常 见的 DSSC 光阳极是在导电玻璃基底上制备多孔半导体纳米晶薄膜，然后将染 料分子吸附在多孔膜中进行敏化作用，导电玻璃基底为掺杂氟的 SnO2 透明导 电玻璃，最常用的氧化物半导体是纳米晶 TiO2，SnO2、ZnO、Nb205等。电解 质含有氧化还原电对，可以是液态的，也可以是准固态或固态的，目前在 DSSC 中使用最普遍的氧化还原电解质是 I3 -／I -电对，对电极是在导电玻璃 FTO 上镀一层碳（或铂），起到还原催化作用
UV-AIR-AUV-CIR-C波长（m）81540002002801400青鲜黄0000到达地面一约0.5%约0.5%约43.0%约52.0%图2：太阳辐射光构成图（2）染料敏化太阳能电池的光电转换原理：DSSC的工作原理类似于光合作用，在太阳光的照射下，染料分子会产生光电子，注入到相同能带的半导体材料中，而TiO2则充当了电子收集器的作用，将注入的电子收集起来，当接通外电路后，收集到的电子就会流过外电路，到达对电极，形成电流，聚集在对电极的电子在铂的催化还原作用下还原。当外电路断开时，电子就聚集在纳米TiO2中储存起来，形成电压。其光电转换的工作原理如图3所示导电玻璃TiO,对电极D+ / D*②6Ech?Vocf9?hv(s) ①?Dt/DEvh负载:e"图3：染料敏化太阳能电池的工作原理图①当能量低于半导体的禁带宽度且大于染料分子特征吸收波长的入射光（hv）照射到电极上时，吸附在电极表面的基态染料分子（D）中的电子受激跃迁至激发态。D+hv→D*（染料激发）(1.1)②激发态染料分子(D*)将电子注入到半导体导带中，此时染料分子自身转变氧化态。(1.2)D*→D++e'→Ecb③处于氧化态的染料分子（D+）则通过电解质（1/I3-）溶液中的电子给体9
9 图 2：太阳辐射光构成图 （2）染料敏化太阳能电池的光电转换原理： DSSC 的工作原理类似于光合作用，在太阳光的照射下，染料分子会产生 光电子，注入到相同能带的半导体材料中，而 TiO2 则充当了电子收集器的作 用，将注入的电子收集起来，当接通外电路后，收集到的电子就会流过外电 路，到达对电极，形成电流，聚集在对电极的电子在铂的催化还原作用下还 原。当外电路断开时，电子就聚集在纳米 TiO2 中储存起来，形成电压。其光电 转换的工作原理如图 3 所示 。 图 3：染料敏化太阳能电池的工作原理图 ①当能量低于半导体的禁带宽度且大于染料分子特征吸收波长的入射光（hν） 照射到电极上时，吸附在电极表面的基态染料分子（D）中的电子受激跃迁至 激发态。 D + hν →D*（ 染料激发） (1.1) ②激发态染料分子(D*)将电子注入到半导体导带中，此时染料分子自身转变氧 化 态。 D* → D++ e- → Ecb （1.2） ③处于氧化态的染料分子（D+）则通过电解质（I - /I3 -）溶液中的电子给体
(),自身恢复为还原态，使染料分子得到再生。3I+2D+→2D+I3°（染料还原）(1.3)④注入到半导体导带中的电子与氧化态的染料发生复合反应：(1.4)D++e"-D（电子复合）③注入半导体导带的电子被收集到导电基片，并通过外电路流向对电极，形成电流。③注入到半导体导带中的电子与电解液中的13-发生复合反应：[3'+2e→31-（暗电流）(1.5)①电解质溶液中的电子供体I-提供电子后成为I3'，扩散到对电极，在电极表面得到电子被还原：(1.6)I3+2e→3F（电解质被还原）其中，反应（1.4）的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效率就越高：反应（1.6）是造成电流损失的主要原因。因此，抑制第（1.6）步一一导带电子与I3离子的复合和第（1.4）步一一导带电子与氧化态染料的复合是研究电解质溶液的核心内容之一。【实验设备与材料】实验仪器：箱式电阻炉（马弗炉）、数控超声波清洗器、电热恒温鼓风干燥箱、数字万用表、电子天平、I-V测试仪。实验材料：FTO导电玻璃、TiO2浆料、染料（N719）、电解液、无水乙醇、乙睛、叔丁醇、4B铅笔、3M胶带、沙林膜、培养皿、毛细管、载玻片、竹镊子、滴管、无尘布、吹风机等。【实验步骤】（一）光阳极的制备：1.清洗FTO导电玻璃：用乙醇浸泡FTO导电玻璃5min取出，用棉签将其表面擦拭干净并用吹风机吹干。2.用万用表确定FTO导电玻璃导电面，将导电面朝上放置。10
10 （I -）， 自身恢复为还原态，使染料分子得到再生。 3I-+ 2D+→ 2D + I3 -（染料还原） （1.3） ④注入到半导体导带中的电子与氧化态的染料发生复合反应： D++e-→D（电子复合） （1.4） ⑤注入半导体导带的电子被收集到导电基片，并通过外电路流向对电极，形成 电流。 ⑥注入到半导体导带中的电子与电解液中的 I3 -发生复合反应： I3 -+2e-→ 3I-（暗电流） （1.5） ⑦电解质溶液中的电子供体 I-提供电子后成为 I3 -，扩散到对电极，在电极表面 得到电子被还原： I3 -+ 2e-→ 3I-（电解质被还原） （1.6） 其中，反应（1.4）的反应速率越小，电子复合的机会越小，电子注入的效 率就越高；反应（1.6）是造成电流损失的主要原因。因此，抑制第（1.6）步— —导带电子与 I3 -离子的复合和第（1.4）步——导带电子与氧化态染料的复合是 研究电解质溶液的核心内容之一。 【实验设备与材料】 实验仪器：箱式电阻炉（马弗炉）、数控超声波清洗器、电热恒温鼓风干燥箱、 数字万用表、电子天平、I-V 测试仪。 实验材料：FTO 导电玻璃、TiO2 浆料、染料（N719）、电解液、无水乙醇、乙 腈、叔丁醇、4B 铅笔、3M 胶带、沙林膜、培养皿、毛细管、载玻片、竹镊 子、滴管、无尘布、吹风机等。 【实验步骤】 （一）光阳极的制备： 1. 清洗 FTO 导电玻璃：用乙醇浸泡 FTO 导电玻璃 5min 取出，用棉签将其表面 擦拭干净并用吹风机吹干。 2.用万用表确定 FTO 导电玻璃导电面，将导电面朝上放置