[發明專利]過渡金屬硫化物與石墨烯復合材料對電極及其制備和應用

在審

• 申請號: 201410225927.5
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103985552A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 周震;劉順暢;荊宇;魏進平
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種過渡金屬金屬硫化物與石墨烯復合材料對電極及其制備方法和在染料敏化太陽能電池中的應用。

背景技術

為了解決日益嚴峻的能源危機與環境危機，科研工作者們正致力于尋找經濟、環保的燃料替代品。由于太陽光具有資源豐富、分布廣泛以及可持續利用的特點，人們不斷嘗試將太陽能轉化為可儲備能源，進而引發了太陽能電池的研究熱潮。其中，染料敏化太陽能電池因其價格低，材料環境友好，封裝工藝簡單以及光電轉化效率較高等優點，引起廣泛關注。然而，目前染料敏化太陽能電池可遇見的成本和可實現的轉化效率仍不能滿足商業化推廣的需求。因此，為了降低染料敏化太陽能電池的制備成本并提高其光電轉化效率，人們投入了大量的研究工作。

染料敏化太陽能電池主要由三部分組成，包括吸附有染料的光陽極(TiO₂)，含有氧化還原電對(I^-/I^3-電解質或Co絡合物電解質，前者較常用)的電解液以及催化活性強的對電極。作為染料敏化電池的重要組成部分，對電極材料的性能成為影響染料敏化電池轉化效率的關鍵因素。目前最常用的對電極是Pt電極。Pt電極對I^3-的還原具有非常高的催化活性以及較低的超電勢，然而，Pt儲備稀缺、價格昂貴，并且在碘溶液中有腐蝕。因此，尋找價格低廉、儲量豐富、化學/電化學穩定并且催化活性可與Pt相匹的材料，成為降低染料敏化太陽能電池成本并提高其商業化推廣的必經之路。目前已研究的對電極材料有碳對電極材料(包括活性炭，炭黑，多孔碳，碳纖維/碳納米管，富勒烯及石墨烯等)[CN200610114581.7；CN200710177810.4；CN200710010546.5；CN200810118071.6；CN200810227107.4；CN201010212640]，碳化物對電極材料(包括MoC，Mo₂C，WC，VC，TiC以及ZrC等)[Chem.Commun.2010，46，8600；Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，3520]，氮化物對電極材料(包括TiN，MoN，WN，MoN以及Fe₂N等)[CN200910068409.6；CN201110004928.8；Chem.Commun.2009，6720；Angew.Chem.Int.Ed.2010，49，3653]，氧化物對電極材料(包括NiO，MoO₂，WO₃/WO₂，NbO₂/Nb₂O₅以及RuO₂等)[Chem.Commun.2011，47，4535；Chem.Commun.2011，47，11489；Electrochem.Commun.2012，24，69；Coord.Chem.Rev.2004，248，1421]，硫化物、硒化物及磷化物對電極材料(包括CoS，CuS₂，NiS，MoS₂，WS₂，MoP以及Ni₅P₄等)[J.Am.Chem.Soc.2009，131，15976；Energy?Environ.Sci.2011，4，2630；Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，11739；Aust.J.Chem.2012，65，1342；J.MaterChem.2012，22，18572]，高分子聚合物對電極材料(包括聚噻吩，聚吡咯，聚苯胺，聚對苯，聚苯乙烯等)[CN200910043344.X；CN200910072716.1；CN200910072714.2]，以及其中一些材料的復合材料對電極。