[發明專利]制備硫化亞錫納米片陣列薄膜的方法

無效

• 申請號: 201410098257.5
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103819098A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 畢恩兵;陳漢;韓禮元
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C03C17/22
• 分類號: C03C17/22;C23C26/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種納米材料制備技術領域的方法，具體是一種制備硫化亞錫納米片陣列薄膜的方法。

背景技術

納米材料的結構與形貌對于納米材料的性能和應用具有重要影響，更重要的是納米材料的均勻分布對于其在能源環境如太陽能電池、光催化、鋰離子電池及超級電容器等領域有重要意義，因此納米材料的控制和合成愈來愈受到重視。

硫化亞錫(SnS)是一種正交結構的IV-VI族半導體材料，其光學直接帶隙和間接帶隙分別為1.2～1.5eV和1.0～1.1eV，與太陽輻射中的可見光體驗很好的光譜匹配，非常適合用作太陽能電池中的光吸收層，是一種非常有潛力的太陽能電池材料。另外其原料豐富、安全無毒、價格便宜等因素，在超級電容器及鋰離子電池也有相關應用，因而受到研究者的重視。目前常見的SnS的合成方法條件苛刻，需要高溫高壓環境或者昂貴的儀器，如現有技術中的Ramakrishna?Reddy?K.T.等人(Thin?Solid?Films,2002,403-404:116-119)采用Sn與氣體S高溫反應，制備得到SnS，溫度一般在300～350℃；Ichimura?M等人(Thin?Solid?Films,2002,361-362:98-101)以Sn鹽和Na₂S₂O₃混合液為電解液，通過電化學沉積制備SnS薄膜；M.T.S.Nair等以氯化亞錫、硫代硫酰胺、NH₃為原料進行反應制備SnS(Solar?Energy?Materials?and?Solar?Cells,1998,52:313-334)。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103588241A公開(公告)日2014.02.19，公開了一種季銨鹽輔助絡合劑合成三維硫化亞錫微米花的制備方法，該技術在攪拌下按一定比例將四氯化錫和絡合劑溶于去離子水中形成含有硫代錫酸根絡合離子的澄清溶液，然后在攪拌下加入形貌和結構調節劑、硫源，將此反應體系轉移到內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中；置于干燥箱中，于一定溫度下水熱反應一定時間，然后自然冷卻至室溫，將所得沉淀用去離子水和無水乙醇分別漂洗，離心分離，于真空干燥箱內干燥；將干燥后的樣品置于管式爐中，在氮氣保護下煅燒，即可得到硫化亞錫(SnS)微米花。但該現有技術與本發明相比結構不均一，且并沒有在基底上呈現陣列結構。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種制備硫化亞錫納米片陣列薄膜的方法，針對目前SnS生產條件苛刻、雜質過多、產品質量不穩定不易控制等問題，提供一種硫化亞錫納米片陣列薄膜制備方法，方法簡單，成本低，為硫化亞錫在太陽能電池、光催化、鋰離子電池及超級電容器的應用提供一種有效的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明將錫源與硫源混合于水/乙二醇混合溶劑中配制出SnS前體化學反應溶液，再將導電基底快速置于盛放SnS前體化學反應溶液的聚四氟乙烯反應釜內并進行原位溶劑熱反應，使得硫化亞錫納米片陣列薄膜均勻生長于導電基底的表面。

所述的錫源為氯化亞錫，所述的硫源為硫代乙酰胺。

所述的SnS前體化學反應溶液具體通過以下方式制備得到：

1)將氯化亞錫加入三乙醇胺、丙酮以及檸檬酸鈉溶液混合后攪拌；

2)進一步加入硫代乙酰胺和水/乙二醇混合溶劑。

優選在硫代乙酰胺加入前先加入氨水。

所述的氯化亞錫和硫代乙酰胺的摩爾比為1：1～1.5。

所述的三乙醇胺、丙酮、氨水以及檸檬酸鈉的體積比分別為2.5：2：2：2～2.5。

所述的水/乙二醇混合溶劑中水與乙二醇混合溶劑的體積比為1:1。

所述的檸檬酸鈉溶液的濃度為0.1mol/L。

所述的原位溶劑熱反應是指：將聚四氟乙烯反應釜密封后置于馬弗爐中加熱至100℃～240℃并反應2h～120h，進一步優選為加熱至180℃并反應12小時。

所述的導電基底為導電玻璃或金屬，優選為FTO導電玻璃。

本發明涉及上述方法制備得到的硫化亞錫納米片陣列薄膜，納米片厚度為30±5nm，長度為200～300nm。

本發明涉及上述硫化亞錫納米片陣列薄膜的應用，將其作為電極材料應用于制備染料敏化太陽能電池(DSSCs)。

技術效果

與現有技術相比，本發明的技術效果包括：

能耗方面：采用無毒或者毒性很少的前驅體溶液，且前驅體溶液原料價格便宜，豐富，相對節能環保；