氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池技术

本发明专利技术公开氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池，复合物的制备方法包括如下步骤：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备。染料敏化太阳能电池采用如下方法制备得到：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备；(4)光阳极的制备；(5)对电极的制备；(6)电池的封装。氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物对I3‑有良好的催化活性，基于氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物为对电极的染料敏化太阳能电池，C3N4B@RGO(5.6％)获得的光电转换效率高于C3N4B(0.02％)和RGO(1.54％)为对电极的电池。

【技术实现步骤摘要】
氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池
更具体地，涉及氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池。
技术介绍
新世纪以来，为了顺应“和平与发展”的时代主题，人们开始注重经济的发展，而许多国家为了发展经济开始大量开采并使用煤、石油、天然气等不可再生资源，造成了许多环境问题，如大气污染，引起了人们的广泛关注。同时也引起人们对这些不可再生资源面临枯竭的危险而担忧。因此，人们迫切的需要一种新型可再生能源来代替传统的不可再生的化石燃料，来满足人们日益增长的能源需求。目前，人们已经开发并利用的可再生资源主要有风能、水能、核能、潮汐能、地热能、太阳能等，虽然这些能源可以再生，但都有不可避免的缺点，如：风能、水能、潮汐能、地热能对地域都有所限制，潮汐能也必须在特定的时期才能够利用；核能、地热能对开发设备要求较高，核能也存在安全隐患，核辐射对人体有害。因此，作为一种新型的可再生的清洁能源，太阳能被认为是目前最受欢迎的能源，具有广阔的发展与应用前景，其开发与利用也为人们广泛关注。经过几十年的研究，染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为最有前途的第三代光电技术由于其潜在的低成本、容易制造和客观的能源转换效率已经引起了相当大的关注。到目前为止，铂涂层氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃仍然是最有效和广泛使用的染料敏化太阳能电池的对电极，显示出优越的电催化活性和良好的导电性。在一个典型的DSSC结构中，对电极是一个重要且不可或缺的部分，用于从外部电路收集电子和电子注入后再生感光剂。对于染料敏化太阳能电池的对电极来说，铂因其对还原I3—优异的电催化活性和良好的化学稳定性仍然是目前的最佳选择。然而作为一种贵金属，没有丰富来源的铂严重阻碍了染料敏化太阳能电池的大规模生产。因此，寻找更丰富更便宜的材料来取代铂染料敏化太阳能电池是一个重要的研究领域。在以前的研究中，一些材料包括导电聚合物和碳质材料已经被提议为铂染料敏化太阳能电池的替代品。最近，一些无机化合物，如氮化物、碳化物、硫化物、氧化物、硒化物因其对I3-的还原具有良好的催化活性被引入染料敏化太阳能电池作为电催化物。其中无机化合物、镍硫化物根据不同合成条件具有各种各样的原子比例，由于它们价格低廉和对还原I3-良好的电催化活性，在作为染料敏化太阳能电池的对电极上表现出巨大的潜力。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种氮化碳衍生物(C3N4B)与还原氧化石墨烯(RGO)复合物的制备方法及染料敏化太阳能电池。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备。上述氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，在步骤(1)中：称取氧化石墨烯并置于锥形瓶中，加入H2O，超声至氧化石墨烯呈棕色均相溶液。上述氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，在步骤(2)中：称取C3N4B，置于锥形瓶中，加入乙二醇，超声至溶液呈乳白色悬浊液。上述氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，在步骤(3)中：将步骤(2)中制得的C3N4B悬溶液与步骤(1)中制得的氧化石墨烯均相溶液混合，然后将混合液超声1h后，转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，170℃反应20h；反应结束，冷却至室温；抽滤，分别用水和无水乙醇洗涤固体3-4次，最后将得到的黑色粉末状固体，在80℃真空干燥4h，所得固体粉末为C3N4B@RGO纳米复合材料，即为氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物。上述氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，在步骤(1)中：分别称取5mg、10mg、20mg的氧化石墨烯，并分别置于锥形瓶中，各加入50mLH2O，超声1h，至氧化石墨烯呈棕色均相溶液；在步骤(2)中：称取3份50mg的C3N4B，分别置于三个锥形瓶中，分别加入20mL乙二醇，超声1h，至溶液呈乳白色悬浊液；在步骤(3)中：将步骤(2)中制得的三瓶C3N4B悬溶液与步骤(1)中制得的不同浓度的氧化石墨烯均相溶液对应混合，然后将混合液超声1h后，转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，170℃反应20h；反应结束，冷却至室温；抽滤，分别用水和无水乙醇洗涤固体3-4次，最后将得到的黑色粉末状固体，在80℃真空干燥4h，所得固体粉末为C3N4B@RGO纳米复合材料，即为氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物。染料敏化太阳能电池，采用如下方法制备得到：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备；(4)光阳极的制备；(5)对电极的制备；(6)电池的封装。上述染料敏化太阳能电池，在步骤(1)中：称取氧化石墨烯并置于锥形瓶中，加入H2O，超声至氧化石墨烯呈棕色均相溶液；在步骤(2)中：称取C3N4B，置于锥形瓶中，分别加入乙二醇，超声至溶液呈乳白色悬浊液；在步骤(3)中：将步骤(2)中制得的C3N4B悬溶液与步骤(1)中制得的氧化石墨烯均相溶液混合，然后将混合液超声1h后，转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，170℃反应20h；反应结束，冷却至室温；抽滤，分别用水和无水乙醇洗涤固体3-4次，最后将得到的黑色粉末状固体，在80℃真空干燥4h，所得固体粉末为C3N4B@RGO纳米复合材料，即为氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物。上述染料敏化太阳能电池，在步骤(4)中：载有15μmTiO2薄膜的FTO导电玻璃，浸入浓度为0.05mol/L的TiCl4水溶液中，置于70℃的烘箱中30min，取出后用去离子水冲洗、氮气吹干，然后放入450℃马弗炉中退火，冷却至120℃，迅速将电极放入配制好的2mmol/L的N719钌染料(奥匹维特，大连)溶液中；静置16h后，取出电极，用无水乙腈清洗薄膜表面吸附的染料，氮气吹干。上述染料敏化太阳能电池，在步骤(5)中：将3M胶贴在预处理后的FTO导电面上，使其贴成0.6cm×0.6cm的正方形；将2.0mg步骤(3)中所得的C3N4B@RGO纳米复合材料，溶解在5mL乙醇和5mL超纯水组成的混合溶液中，超声30min，得到C3N4B@RGO悬溶液；用移液枪吸取C3N4B@RGO悬溶液滴到FTO贴胶布一面的正方形内，在红外烤箱中烘干；同样操作滴涂8次后即得到对电极。上述染料敏化太阳能电池，在步骤(5)中：将厚度为30μm的Surlyn薄膜置于所述对电极和所述光阳极之间，然后在120℃热封仪中热压、粘住；冷却至室温，在对电极背面的孔上滴加电解质，电解质为：LiI的浓度为0.1mol/L、I2的浓度为0.05mol/L、离子液体DMPII的浓度为0.6mol/L、以及添加剂TBP的浓度为0.5mol/L的溶液，DMPII为1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑鎓，TBP为4-叔丁基吡啶，使孔上的电解质全部进入电池内部，即完成电池封装。本专利技术的有益效果如下：本专利技术制备的氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物对I3-的有良好的催化活性，基于氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物为对电极的染料敏化太阳能电池，C3N4B@RGO(5.6％)获得的光电转换效率高于C3N4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备。

【技术特征摘要】
1.氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备。2.根据权利要求1所述的氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：称取氧化石墨烯并置于锥形瓶中，加入H2O，超声至氧化石墨烯呈棕色均相溶液。3.根据权利要求1所述的氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：称取C3N4B，置于锥形瓶中，加入乙二醇，超声至溶液呈乳白色悬浊液。4.根据权利要求1所述的氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中：将步骤(2)中制得的C3N4B悬溶液与步骤(1)中制得的氧化石墨烯均相溶液混合，然后将混合液超声1h后，转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，170℃反应20h；反应结束，冷却至室温；抽滤，分别用水和无水乙醇洗涤固体3-4次，最后将得到的黑色粉末状固体，在80℃真空干燥4h，所得固体粉末为C3N4B@RGO纳米复合材料，即为氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物。5.根据权利要求1所述氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：分别称取5mg、10mg、20mg的氧化石墨烯，并分别置于锥形瓶中，各加入50mLH2O，超声1h，至氧化石墨烯呈棕色均相溶液；在步骤(2)中：称取3份50mg的C3N4B，分别置于三个锥形瓶中，分别加入20mL乙二醇，超声1h，至溶液呈乳白色悬浊液；在步骤(3)中：将步骤(2)中制得的三瓶C3N4B悬溶液与步骤(1)中制得的不同浓度的氧化石墨烯均相溶液对应混合，然后将混合液超声1h后，转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，170℃反应20h；反应结束，冷却至室温；抽滤，分别用水和无水乙醇洗涤固体3-4次，最后将得到的黑色粉末状固体，在80℃真空干燥4h，所得固体粉末为C3N4B@RGO纳米复合材料，即为氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物。6.染料敏化太阳能电池，其特征在于，采用如下方法制备得到：(1)氧化石墨烯均相溶液的制备；(2)氮化碳衍生物悬浊液的制备；(3)氮化碳衍生物与还原氧化石墨烯复合物的制备；(4)光阳极的制备；(5)对电极的制备；(6)电池的封...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡素华，刘杰，王畅，
申请(专利权)人：阜阳师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34