Abstract Cr-doped blue TiO2 (Cr-BTiO2) nanoparticles were fabricated at room temperature using lithium-ethylenediamine (Li-EDA) as reducing agent. The addition of Li-EDA promotes the selective reduction of the rutile phase of TiO2 into the amorphous phase keeping anatase phase unaltered. Hence, the phase-selective reduction of TiO2 leads to the formation of blue TiO2 nanoparticles. Synthesized samples were characterized by equipment fitted with modern technology. The shifting of (101) peak to a lower angle (2θ) in Cr-BTiO2 in X-ray diffraction (XRD) pattern suggests the successful doping of chromium into TiO2 lattices. In Raman spectra, the shifting of the active Eg peak of Cr-BTiO2 nanoparticles to higher wavenumber also suggests the successful substitution of Ti by Cr. The blue TiO2 and Cr-BTiO2 show increased absorption of light in the visible region compared to TiO2 (P25). The modified TiO2 samples have improved electron-hole separation tendency as predicted by the photoluminescence spectra (PL). Also, doping of Cr- into TiO2 lattice results the formation of oxygen vacancy as detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Among all samples, Cr-BTiO2 demonstrated improvement in Jsc and overall incident photon to current conversion efficiency. Therefore, the synthetic effect is thus responsible for the enhancement in efficiency of Cr-BTiO2 towards the dye-sensitized solar cell (DSSC) by 2.5 and 1.5 times higher than the P25 and blue TiO2, respectively.

中文翻译：

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Cr掺杂对蓝色TiO2理化性质的影响及其在染料敏化太阳能电池低温制备工艺中的应用

摘要 以乙二胺锂（Li-EDA）为还原剂，在室温下制备了Cr掺杂的蓝色TiO2（Cr-BTiO2）纳米颗粒。Li-EDA 的添加促进了 TiO2 的金红石相选择性还原为非晶相，保持锐钛矿相不变。因此，二氧化钛的相选择性还原导致蓝色二氧化钛纳米颗粒的形成。合成样品通过配备现代技术的设备进行表征。在 X 射线衍射 (XRD) 图中，Cr-BTiO2 中 (101) 峰向较低角度 (2θ) 的移动表明铬成功掺杂到 TiO2 晶格中。在拉曼光谱中，Cr-BTiO2 纳米粒子的活性 Eg 峰向更高波数的移动也表明 Ti 被 Cr 成功取代。与 TiO2 (P25) 相比，蓝色 TiO2 和 Cr-BTiO2 在可见光区域的光吸收增加。正如光致发光光谱 (PL) 所预测的那样，改性的 TiO2 样品具有改善的电子-空穴分离趋势。此外，通过 X 射线光电子能谱 (XPS) 检测，将 Cr- 掺杂到 TiO2 晶格中会导致形成氧空位。在所有样品中，Cr-BTiO2 表现出 Jsc 和整体入射光子对电流转换效率的改善。因此，合成效应导致 Cr-BTiO2 对染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的效率分别比 P25 和蓝色 TiO2 高 2.5 倍和 1.5 倍。此外，通过 X 射线光电子能谱 (XPS) 检测，将 Cr- 掺杂到 TiO2 晶格中会导致形成氧空位。在所有样品中，Cr-BTiO2 表现出 Jsc 和整体入射光子对电流转换效率的改善。因此，合成效应导致 Cr-BTiO2 对染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的效率分别比 P25 和蓝色 TiO2 高 2.5 倍和 1.5 倍。此外，通过 X 射线光电子能谱 (XPS) 检测，将 Cr- 掺杂到 TiO2 晶格中会导致形成氧空位。在所有样品中，Cr-BTiO2 表现出 Jsc 和整体入射光子对电流转换效率的改善。因此，合成效应导致 Cr-BTiO2 对染料敏化太阳能电池 (DSSC) 的效率分别比 P25 和蓝色 TiO2 高 2.5 倍和 1.5 倍。