[发明专利]一种可以同时测量共吸附剂和染料质量的方法

说明书

本发明公开了一种可同时测量石英晶振片上染料和共吸附剂分子质量的方法，它是基于石英微天平与紫外可见光光分度计可测试石英晶振片上染料分子数的方法，可以准确测得在光敏化剂及共吸附剂在晶振片上的吸附质量。本发明与现有检测染料质量技术相比，存在以下优势：1、解决以往有色与无色混合溶液检测的复杂分离实验步骤；2、通过可见光光分度及与石英微天平的混合使用，在不破坏检测物质的基础上，简单便捷的检测出所需物质的质量；3、通过做差法，可以达到在一块石英晶振片上同时检测混合的有色及无色染料的各自质量效果。

技术领域

本发明属于电化学和纳米材料的交叉领域，尤其涉及一种通过石英晶体微天平和可见光光分度计转换达到同时检测石英晶振片表面吸附的有色染料与无色共吸附剂质量的方法。

背景技术

染料敏化太阳电池（简称DSC）主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池。染料敏化太阳能电池是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。

典型的DSC是一种类似“三明治”结构的电池。由导电基底、纳米TiO₂薄膜、染料、电解液以及铂电极构成：导电基底和染料敏化的纳米TiO₂薄膜构成光阳极板，载铂的导电基底组成阴极板，两极板中间为电解液层。

DSC光电转化过程较为复杂，涉及较多的电子转移过程和质量转移过程。目前，对DSC的电子转移过程研究较多，但是涉及质量转移过程尚缺少相应研究。

石英晶振片可以应用于微克级别的称量，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平利用了晶振片的压电效应，将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化。但是石英晶振片的电极是薄金层，不透光，所以用石英晶振片作为基底的DSC无法直接测试出DSC吸收光谱等涉及光的测试。

这种电池表面吸附有染料分子及共吸附剂，电解液中含有高浓度氧化还原对，对电极为可催化金属。在整个电池运行过程涉及几十种化学反应和电子传输转移过程。多个物质发生相变和氧化还原过程。涉及光化学、光物理、电化学、催化化学和表面化学等多学科交叉领域。

深入研究DSC光电转化过程中的超微质量变化有助于提高电池效率、理解电池工作机理、加快电池市场化的进程。

如今染料敏化太阳能电池的大规模研究，其光敏化剂的大规模应用也面临越来越多的问题。尤其是在DSC内部质量转化过程在超微量级，很难精确获得。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可同时测量石英晶振片上染料和共吸附剂分子质量的方法，它是基于石英微天平与紫外可见光光分度计可测试石英晶振片上染料分子数的方法，可以准确测得在光敏化剂及共吸附剂在晶振片上的吸附质量，既无污染又很简便的区分出光敏化剂与共吸附剂在纳米半导体材料上的质量。

本发明的实现方案如下，一种可以同时测量共吸附剂和染料质量的方法，其特征在于，其步骤方法如下：

（1）在石英晶振片基底上制备纳米多孔半导体薄膜，石英晶体基体三块涂制区域分别为A、b₁、b₂,A区域的面积等于b₁+b₂；

（2）将纳米多孔半导体薄膜浸入混合染料溶液中，使薄膜完全吸附混合染料，纳米多孔半导体薄膜浸入染料溶液的时间一般为10-20小时，温度为25摄氏度；

（3）将泡制好的晶振片先用乙醇冲洗去除表面的浮色，晾干，然后置于液体流动池内，连接振荡器与石英晶体微天平，测试出石英晶振片的震荡频率，记录其数据，利用Sauerbrey方程，计算出石英晶振片上吸附的分子质量值M₁。M₁是石英晶振片区域A 上混合溶液中光敏化剂和共吸附剂的总质量。