[發(fā)明專利]一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510144034.2
• 申請日: 2015-03-30
• 公開（公告）號: CN104773756A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡彥杰;李春忠;劉鵬飛;王斌淇;江浩
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;H01G9/20
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球及其制備方法和應用。所制備的多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球具有較高的比表面積和較好的紫外和可見光散射性能，將其用于染料敏化太陽能電池器件的散射層，可提高染料敏化太陽能電池的電流密度，從而提高其光電轉(zhuǎn)化效率。

背景技術(shù)

二氧化鈦由于具有較高的禁帶寬度、無毒、性能穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點，被廣泛應用在光催化降解有機物、光解水制氫氣、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域，從而一直受到科學工作者的關(guān)注。在染料敏化太陽能電池中，光散射材料要求具有較低的電子-空穴復合以提高電子傳輸性能，較高的比表面積以吸附更多染料，較大的粒徑以增強對可見光的散射，從而提高光電轉(zhuǎn)化效率。然而，目前常用的光散射材料如TiO₂微球、空心球TiO₂、多殼TiO₂、棒狀結(jié)構(gòu)TiO₂等，很難同時滿足這些條件。因此，制備具有較大的比表面積且具有較好的紫外和可見光散射性能的多級結(jié)構(gòu)TiO₂一直是近年研究的熱點。目前制備多級結(jié)構(gòu)TiO₂的方法主要有水熱法、脈沖激光沉積、物理氣相沉積、“兩步法”等。這些方法一般工藝復雜，耗能很高，且不能連續(xù)，很難實現(xiàn)多級結(jié)構(gòu)TiO₂的工業(yè)化生產(chǎn)。噴霧干燥法，具有工藝成熟，制備快速、操作簡單、連續(xù)化等優(yōu)點，已被廣泛應用在食品藥品，無機半導體材料的制備上。本發(fā)明專利通過噴霧干燥、煅燒、刻蝕、干燥過程，制備了介孔和大孔共存的多級孔結(jié)構(gòu)的TiO₂微球。該多級孔結(jié)構(gòu)TiO₂微球具有較大的比表面積和較好的紫外和可見光散射性能，將其用于染料敏化太陽能電池器件的散射層，可同時提高染料敏化太陽能電池的電流密度和電壓，從而提高其光電轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本申請?zhí)峁┮环N多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球及其制備方法和應用。

本申請的構(gòu)思如下：

前驅(qū)體溶液通過噴霧干燥形成微球，經(jīng)過煅燒、刻蝕、干燥，得到一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的TiO₂微球。該多級孔結(jié)構(gòu)的TiO₂微球由納米二氧化鈦顆粒聚集而成，且同時存在介孔和大孔，具有較大的比表面積和較好的紫外和可見光散射性能，可用于染料敏化太陽能電池器件的散射層，提高染料敏化太陽能電池的電流密度，從而提高其光電轉(zhuǎn)化效率。

具體技術(shù)方案如下：

一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球，所述二氧化鈦微球是由5～20nm的二氧化鈦顆粒聚集而成的直徑為2～5μm的微球；所述微球的比表面積為40～130m²/g，所述微球中具有孔徑為5～20nm的介孔和20～100nm的大孔，其中，介孔和大孔的比例為1：2.5～1：3.5。

一種具有多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球的制備方法，包括如下步驟：

(1)將四氯化鈦溶解于去離子水，形成濃度為0.1～1mol/L的四氯化鈦溶液；再在所述四氯化鈦溶液中加入SiO₂納米顆粒，均勻分散后形成懸濁液；所述懸濁液以2～5ml/min的速率進入霧化噴嘴，霧化后進入反應器反應生成鈦的絡合物包覆SiO₂納米顆粒的復合微球；

所述四氯化鈦與SiO₂納米顆粒的質(zhì)量比為4：1～12：1；

所述霧化噴嘴的的進口溫度為200～280℃，出口溫度為100～180℃；

(2)以2～10℃/min的升溫速率進行升溫，在425～475℃下于空氣中煅燒1～3小時；

(3)用濃度為10～20％的氫氟酸刻蝕步驟(2)中煅燒后微球中的SiO₂，時間為10～20分鐘；

(4)通過離心機將刻蝕后的產(chǎn)物分離出來，得到所述具有多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球。80℃干燥2小時可用。

上述具有多級孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦微球的應用，所述二氧化鈦微球用于染料敏化太陽能電池器件的散射層。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：制備過程反應快速，操作簡單，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)；產(chǎn)物用于染料敏化太陽能電池器件的散射層，組裝的染料敏化太陽能電池的電流密度提高了35.7～62.0％，其光電轉(zhuǎn)化效率提高了26.4～51.7％。

附圖說明

圖1是實施例1產(chǎn)品的SEM圖；

圖2是實施例1產(chǎn)品的孔徑分布圖；

圖3是實施例1產(chǎn)品的紫外和可見光散射圖；