● 摘要
二维纳米片化合物因结构性能独特而受到了广泛的关注，由该类化合物通过有序组装形成的垛叠结构薄膜在光学、电学、电子学等领域具有极大应用潜力。本论文从垛叠结构薄膜的制备出发，制备了多种垛叠结构薄膜，并对其光、电性能进行了研究。此外，本文还设计了两类新型的光阳极用于量子点敏化太阳能电池。具体结果如下：
采用水热反应的方法合成了氧化钨纳米片，通过静电层层组装的方法制备了氧化钨纳米片垛叠结构多层膜，薄膜的电致变色性能研究结果表明该结构薄膜表现出一个独特的电致变色过程，变色过程需要一个很长时间才能完成，而褪色则可在瞬间完成，由此薄膜获得的电致变色效率为32 mC/cm2，在循环的变色-褪色过程中垛叠结构薄膜显示出优异的电化学稳定性。以氧化钨纳米片垛叠结构薄膜电极作为光电极组成光电化学电池，尝试了该电极在光解水方面的应用，通过相关测试获得氧化钨纳米片的能级数据。对氧化钨纳米片粉末及多层膜的荧光性能研究表明，氧化钨纳米片在紫外光激发下，能够发射出归属于带隙跃迁的蓝色荧光(467 nm)和缺陷态引起的近紫外荧光(395 nm)。随着多层膜层数的增加，蓝色荧光的强度增强，而近紫外荧光的强度反而减弱。
基于叶绿体内二维片状类囊体垛叠而成的基粒的模型，采用氧化钛纳米片(TNS)、石墨烯(G)和CdS量子点(QD)分别制备了三种垛叠结构薄膜：(TNS/QD)n、(G/QD)n和(TNS/G/QD)n。研究了薄膜沉积层数与光电性能的关系，优化了垛叠结构薄膜的结构，对不同垛叠结构薄膜在光电转换方面的应用效果进行了比较研究，结果表明(TNS/G/QD)10垛叠结构的光电性能最好。因为石墨烯的存在不仅能使注入氧化钛导带的电子快速传输至导电基底，也能加速CdS导带中的电子向外传输，而氧化钛的存在使得CdS产生的光电子及时注入，从而提高电荷分离效率，因而能得到较大的光电流。由此可见，(TNS/G/QD)n垛叠结构真正实现了从结构和功能上对基粒的模拟，因此具有较好的光电转换性能。
合成了两种上转换材料，Yb3+/Er3+掺杂TiO2空心球(TiO2-UC)和Yb3+/Er3+/Tm3+掺杂NaYF4纳米晶(Ln-NaYF4)，将其引入量子点敏化太阳能电池的光阳极，利用稀土材料的上转换作用实现电池对近红外光的间接利用，所得电池的光电转换效率各自提高了20 %，分别达到3.53 %和4.37 %。在SILAR法沉积CdS中间层过程中加入有机碱三乙醇胺，不仅提高了电极表面吸附的量子点数目引起电极对光的吸收利用率的提高，而且由于加速中间层的沉积而降低了量子点的表面态密度从而降低了电子复合程度，所得电池的效率也提高了20 %，达到4.68 %。