[發明專利]光還原的氨基化石墨烯作為染料敏化太陽能電池對電極的制備方法

有效

• 申請號: 201610065361.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105719837B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 郝策;景洪宇;史彥濤;任素貞
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 周媛媛,李馨

技術領域

本發明涉及光還原的氨基化石墨烯作為染料敏化太陽能電池對電極的制備方法。

背景技術

21世紀，能源問題是阻礙人類文明進步的一大難題，太陽能取之不盡用之不竭，并且清潔、環保、可再生成為研究熱點。如何對太陽能進行充分合理的利用，成為解決能源短缺問題的有效途徑。染料敏化太陽能電池(DSSC),光譜響應范圍較寬,工藝簡單、成本較低,環境友好,應用前景廣闊。DSSC的對電極材料對整個電池的性能影響顯著，目前傳統使用的基于Pt納米材料的對電極以其優異的電催化活性,保持最高的光電轉化效率的記錄。但其造價昂貴，儲量有限，不適合長期大規模使用，此外，Pt容易被電解質中的氧化還原電對腐蝕。因此有必要尋找替代Pt的電催化劑。石墨烯具有高的比表面積和表面催化活性，但石墨烯既不親水也不親油，由于范德華作用力而易團聚，加之化學反應惰性限制了石墨烯的應用，可通過對石墨烯表面進行改性，增加活性基因，提高親水性。石墨烯的氮摻雜可調變其電子結構和化學反應活性。但通過高溫熱處理只能得到石墨氮、吡啶氮和吡咯氮等熱穩定性好的摻氮產物，雖然這些摻氮產物也有一定的催化活性，但浸潤性和化學反應活性較差。

發明內容

本發明將公開成本低，條件溫和，操作簡單，能耗低，且氮含量較高，導電性很好的光還原的氨基化石墨烯作為染料敏化太陽能電池對電極的制備方法。

本發明提供一種光還原的氨基化石墨烯作為染料敏化太陽能電池對電極的制備方法，包括以下步驟：

1)將氧化石墨烯的水溶液臭氧氧化5～20min，離心，棄上清液，將沉淀物40～60℃真空干燥；

2)向含有步驟1)的經過臭氧氧化的氧化石墨烯片的敞口玻璃瓶中加入溶劑和催化劑25％～28％濃氨水，超聲分散0.5～2h，得到暗棕色溶膠，將此敞口玻璃瓶轉入含有濃氨水的聚四氟乙烯內襯中，其中，濃氨水液面低于敞口玻璃瓶口，轉入高壓釜中，150～200℃反應10～18h，分離、干燥得到氨基化石墨烯；所述溶劑選自苯甲醇，乙二醇，乙醇中的一種；敞口玻璃瓶與內襯隔開，期間放置濃氨水作為揮發劑和還原劑，與臭氧化后的氧化石墨烯發生反應。

3)將步驟2)中得到的氨基化石墨烯，用異丙醇溶解，球磨，刮涂到導電玻璃上，并將涂有該漿料的導電玻璃光照0.5～2h即可。

進一步地，在上述技術方案中，步驟1)中，氧化石墨烯采用Hummers法或改進的Hummers法或其他方法制備。

進一步地，在上述技術方案中，步驟1)中，氧化石墨烯的水溶液濃度為2.5～5g/L。

進一步地，在上述技術方案中，步驟2)中，臭氧氧化的氧化石墨烯與溶劑用量比為20～30mg：5～10mL；溶劑與催化劑濃氨水的體積比為(10～20)：1。

進一步地，在上述技術方案中，步驟2)中，溶劑與聚四氟乙烯內襯中的濃氨水的體積比為1:(0.5～1)。

進一步地，在上述技術方案中，步驟3)中，氨基化石墨烯與異丙醇用量比為100～180mg：4～8mL。

進一步地，在上述技術方案中，步驟3)中，光照光源為汞燈或氙燈。

進一步地，在上述技術方案中，汞燈為100～400W。

進一步地，在上述技術方案中，氙燈為1000～1500W采用上述對電極組裝染料敏化太陽能電池，測試電池的光電轉化效率，并與Pt電極和石墨烯組裝的太陽能電池的光電轉化效率進行對比。

發明有益效果

若對氧化石墨烯進行氨基化修飾，引入含氮的官能團，不僅能提高氧化石墨烯在極性溶劑中的溶解度，還可改善氧化石墨烯和有機分子聚合物的反應性。該方法通過溶劑熱法，氨水作為催化劑，還原劑；苯甲醇作溶劑實現氧化石墨烯的一步還原，同時引入伯胺基團，使氨基嫁接到氧化石墨烯表面。并且預先將氧化石墨烯進行不同時間的臭氧氧化，可以在氧化石墨烯片上得到不同數量的環氧基團，環氧基團數量的增加使得氧化石墨層間距加大，更有助于片層剝離，有利于后續的氨水對環氧基的親核進攻，從而在石墨烯上引入不同數量的氨基，提高了催化劑的給電子能力和潤濕性，并且選擇苯甲醇作溶劑導電性也有所提高。將得到的氨基化石墨烯刮涂于導電玻璃上，并在400W汞燈下進行不同時間的光照，組裝成染敏電池后光電轉化效率得到普遍提高。

附圖說明

圖1為合成氨基化石墨烯的原理圖及制成對電極的光照處理(光源為400W汞燈)；

圖2為GO以及對AGO光照不同時間的粉末的X射線衍射，AGO-0h、AGO-0.5h、AGO-1h，AGO-2h；

圖3為AGO-0h及AGO-1h的SEM；