[發(fā)明專利]一種層-層石墨烯/二硫化鉬復(fù)合電極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810599993.7
• 申請(qǐng)日: 2018-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108682565B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石巖;于飛;姚溫浩;張方;倪騰飛;韓生;張海英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/36
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發(fā)明屬于新能源納米功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種層?層石墨烯/二硫化鉬復(fù)合電極材料及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)靜電吸附自組裝得到具有單層或少層石墨烯與單層二硫化鉬的層?層結(jié)構(gòu)的電極材料。本發(fā)明制備的電極材料可充分利用石墨烯的優(yōu)異的導(dǎo)電性和二硫化鉬的高催化性，可根據(jù)對(duì)導(dǎo)電性和催化性的不同需求調(diào)整氧化石墨烯與二硫化鉬的比例。本發(fā)明制備的材料制備操作簡(jiǎn)便，工藝簡(jiǎn)單，條件要求低。將該層?層組裝的電極材料應(yīng)用到染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)電極制備進(jìn)行電池組裝獲得高效光電轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米功能化材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種層-層石墨烯/二硫化鉬復(fù)合電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染不斷加劇，探索開(kāi)發(fā)新型環(huán)保高效的能源是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。太陽(yáng)能取之不盡用之不竭，近幾十年來(lái)對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用得到了較大的提高，基于以硅晶體為主的第一代太陽(yáng)能電池和以碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜為主的第二代太陽(yáng)能電池都有較好的光電轉(zhuǎn)換效率，但因工藝復(fù)雜、成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)制約了兩種技術(shù)的普及。1991年瑞士的Gratzel等報(bào)道的染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-Sensitized Solar Cells，DSSCs)作為第三代太陽(yáng)能電池，因其成本低、易組裝、PCE高等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣闊的發(fā)展前景。

DSSCs主要由吸附染料的納米晶TiO₂光陽(yáng)極、含有氧化還原電對(duì)的電解液和對(duì)電極組成。對(duì)電極的主要作用是收集外電路的電子，并將其高效快速地傳遞給電解質(zhì)，同時(shí)催化還原I₃^-。傳統(tǒng)鉑(Pt)電極因穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性和催化性能高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣大發(fā)展，但因其價(jià)格高和稀有性等因素限制了Pt電極的商業(yè)應(yīng)用。目前碳材料因價(jià)格低廉、方便易得、導(dǎo)電性好優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用較多的Pt替代材料，如碳納米管、石墨烯、富勒烯等，而碳材料在染料敏化太陽(yáng)能電池中表現(xiàn)出較弱的催化性，所以研究人員常常將碳材料與具有高催化性的材料復(fù)合制備兼?zhèn)鋵?dǎo)電與催化性能的對(duì)電極。

二硫化鉬(MoS₂)作為一種典型的過(guò)渡金屬化合物因具有與Pt類似的電子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。不同于石墨烯的零帶隙，MoS₂具有獨(dú)特帶隙結(jié)構(gòu)，塊狀MoS₂半導(dǎo)體簡(jiǎn)介能帶為1.2eV，電子躍遷方式為非垂直躍遷。而當(dāng)MoS₂片層為單層時(shí)，因量子限域效應(yīng)，能隙不斷擴(kuò)大，單層MoS₂能隙達(dá)到1.8eV，且電子為直接躍遷。因而，相比于塊狀MoS₂，二維單層MoS₂表現(xiàn)出優(yōu)異的催化特性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的是提供一種層-層石墨烯/二硫化鉬復(fù)合電極材料及其制備方法。本發(fā)明利用石墨烯與二硫化鉬在一定的pH下具有相反的zeta 電位，通過(guò)靜電吸附自組裝成具有層-層結(jié)構(gòu)的電極材料，制備操作簡(jiǎn)便，工藝簡(jiǎn)單，條件要求低；本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整石墨烯與二硫化鉬，調(diào)整材料的電化學(xué)性能和催化性能。

本發(fā)明可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種層-層石墨烯/二硫化鉬復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將50～200mg的氧化石墨加入到40-60mL去離子水中，并超聲2～6h，得到分散均勻的氧化石墨烯溶液，即溶液A；

(2)取10-50mL的1-3mg·mL^-1單層MoS₂分散液，超聲使其分散均勻，得到溶液B；

(3)用pH計(jì)分別調(diào)節(jié)溶液A、B的pH值在2.5-6.5之間；

(4)在攪拌的情況下，滴加溶液B至溶液A中，得到混合溶液C，滴加完畢后，繼續(xù)攪拌10-15h；

(5)將步驟(4)中得到的混合溶液C離心，得到黑色固體；