[發明專利]一種用藻類植物制備的石墨烯量子點及其在制備量子點敏化太陽能電池中的應用

有效

• 申請號: 201610470529.9
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN105967178B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 唐群委;張悅;賀本林;陳海燕
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;H01G9/20
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙)37236
• 代理人: 單虎

技術領域

本發明屬于量子點技術領域，特別涉及一種用藻類植物制備的石墨烯量子點及其在制備量子點敏化太陽能電池中的應用。

背景技術

納米材料被譽為“21世紀最有前途的材料”，而石墨烯量子點因其較強的量子限邊效應和帶邊效應而廣受關注。石墨烯量子點是石墨烯家族中的新成員，石墨烯量子點除了具備石墨烯的大的比表面積、高的載流子遷移率等優異性能外，還有良好的化學惰性，較好的生物相容性等優點；還因為其尺寸極小而展現出了邊界效應等一系列新的特性。正是由于石墨烯量子點的獨特性質，目前已廣泛應用于生物傳感、光伏器件等諸多領域。

發明內容

針對現有的石墨烯量子點的制備方法，本發明提供了一種用藻類植物制備的石墨烯量子點及其在制備量子點敏化太陽能電池中的應用，本發明采用簡單方便的水熱法制備得到的石墨烯量子點穩定性好。本發明碳源采用了裙帶菜、紫菜、線性剛毛藻、海帶等藻類植物，充分利用靠近海洋的條件，制備出水溶性的石墨烯量子點。制備所需原料均屬于海洋植物，制備方法簡單方便，具有較高的研究意義與價值。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種用藻類植物制備的石墨烯量子點，它通過以下步驟獲得：

(1)、將藻類植物用水浸泡后，放入烘箱，烘干后研磨成粉狀；

(2)、稱取藻類植物的粉末溶解在水中；

(3)、向步驟(2)制得的溶液中加入濃硫酸，密封攪拌作為前驅體溶液；

(4)、將所述前驅體溶液移入反應釜內，放入烘箱中進行反應；

(5)、將上述反應產物過濾，放入透析膜中透析得到石墨烯量子點。

進一步的：其特征在于：所述步驟(1)中藻類植物均需用水浸泡2～4天，換水4～8次。

進一步的：所述步驟(1)中的藻類植物與步驟(2)中的濃硫酸的質量比為1：1.5～3.5。

進一步的：所述步驟(4)中烘箱溫度為170℃，時間為4～8小時。

進一步的：所述步驟(5)透析膜為1000道爾頓，換水3～5次即可得到石墨烯量子點。

本發明還提供了所述的石墨烯量子點在制備量子點敏化太陽能電池中的應用。

進一步的：所述量子點敏化太陽能電池通過以下步驟制得：

(1)、制備二氧化鈦膠體，將二氧化鈦膠體涂于FTO導電玻璃基體上，高溫煅燒制備介孔二氧化鈦薄膜，；

(2)、將步驟(1)制備的光陽極浸泡在所述制備的石墨烯量子點中，制成量子點太陽能電池的光陽極；

(3)、利用熱解法制備鉑對電極；

(4)、將步驟(2)制備的光陽極與步驟(3)制備的鉑對電極組裝成量子點敏化太陽能電池。

進一步的：所述步驟（2）中光陽極在石墨烯量子點的水溶液中浸泡時間為40～80小時。

進一步的：所述步驟（4）中液體電解質由0.01～0.06 mol/L碘、0.08～0.12 mol/L碘化鋰、0.4～0.8 mol/L四丁基碘化銨和0.4～0.6 mol/L 4－叔丁基吡啶的乙腈溶液組成。

進一步的：所述量子點敏化太陽能電池的開路電壓為0.3～0.6V、短路電流為0.3～0.7mA·cm^-2、光電轉換效率為0.1～0.3%。

本發明采用上述技術方案后，主要有以下優點：

(1)、制備工藝簡單。本發明以藻類為碳源制備石墨烯量子點，只需一步合成即可得到，制備方法簡單易行。

(2)、可大批量生產。本發明制備方法簡單可行，可短時間內一次性制備大量的石墨烯量子點。

(3)、制備成本低。本發明所需實驗藥品均為常見藻類植物，尤其是具備靠近海洋的有利條件，反應物取自海洋，制備成本低。

本發明的石墨烯量子點制備方法簡便易行、成本低廉，而且制備得到的石墨烯量子點發光顏色可調控、穩定性好、產率高。

附圖說明

圖1為本發明以紫菜為碳源所制備的石墨烯量子點的高倍透射圖譜。

圖2為本發明以線性剛毛藻為碳源所制備的石墨烯量子點紫外吸收圖譜，圖中百分比表示去離子水占總體積的百分比。

圖3為本發明以線性剛毛藻為碳源所制備的石墨烯量子點的發射譜。

圖4為本發明以線性剛毛藻為碳源制備的石墨烯量子點在紫外燈照射下的發光效應。

圖5為本發明以紫菜為碳源制備的石墨烯量子點在電池中的J-V曲線。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明的技術方案作進一步詳細的說明。