一种银纳米颗粒复合微孔碳球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及多孔碳材料技术领域，具体公开一种银纳米颗粒复合微孔碳球及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的银纳米颗粒复合微孔碳球制备方法以乙醇胺为催化剂、三嵌段共聚物P123为表面活性剂，同时向反应体系中加入硝酸银，经碳化即可制得银纳米颗粒复合微孔碳球，制备方法简单，成本低廉，产率高。本发明专利技术制备的银纳米颗粒复合微孔碳球与其他类型的碳材料相比，比表面积显著增大，具有多级孔道结构，能够利用其导电性强的特点和刚性特质形成稳定的导电网络结构，显著提高载流子的扩散及运输速率，为研制高效廉价的对电极材料提供了新思路。为研制高效廉价的对电极材料提供了新思路。为研制高效廉价的对电极材料提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米颗粒复合微孔碳球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及多孔碳材料
，尤其涉及一种银纳米颗粒复合微孔碳球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，以有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池为代表的第三代太阳能电池为光伏产业的发展带来新的契机。然而，高效率的钙钛矿太阳能电池通常使用Au、Ag等贵金属材料作为对电极，不仅成本高，且电池稳定性差，难以实现工业化生产。相比于传统金属电极，多孔碳材料来源广泛，价格低廉，并具有良好的导电性、高比表面积和反应条件较为温和等优点，是极具发展潜力的对电极材料。
[0003]尽管多孔碳材料作为电极材料的优势明显，但现有的合成方法(如模板法、浸渍法等)制得的多孔碳材料比表面积较小，微孔占有率低，大大降低了载流子的扩散及运输速率，同时其制备过程复杂，产量较低，在很大程度上限制了多孔碳材料的开发与应用。因此，开发一种比表面积大且孔道结构发达的多孔碳材料具有重要意义。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供一种银纳米颗粒复合微孔碳球及其制备方法和应用，该复合微孔碳球比表面积大，具备丰富的分级多孔结构，电化学性能优异，同时制备方法简单，成本低廉，产率高。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、向蒸馏水和无水乙醇的混合溶剂中，依次加入乙醇胺、三嵌段共聚物P123(聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物)和硝酸银，完全溶解后，加入碳源，搅拌，形成碳源前驱体溶液；
[0008]步骤二、将所述碳源前驱体溶液转移至反应器内，于80℃～120℃下反应10h～18h，得反应物；
[0009]步骤三、将所述反应物依次进行离心、洗涤和真空干燥，得前驱体；
[0010]步骤四、将所述前驱体在惰性气氛中烧结、碳化，得所述银纳米颗粒复合微孔碳球。
[0011]相对于现有技术，本专利技术提供的银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，通过调控碳材料成分，引入硝酸银，能够增强材料的导电性，进一步提高电化学活性，有利于降低电极电阻，为载流子的有效抽取和传输提供有力保障；同时利用乙醇胺作为催化剂、三嵌段共聚物P123作为表面活性剂，可以驱动体系产生大量孔隙结构，保证分子体系的平衡对称性，从而生成不规则孔道结构的交联聚合物。本申请通过将碳源前驱体溶液在80℃～120℃下反应10h～18h，可以为银纳米颗粒的成核提供足够的活性位点并提高成核率，有利于改变
原始碳材料的电子结构和电化学性质，获得更加匹配的能级分布，且特定的反应温度和时间能够避免出现碳球之间发生交联和团聚、甚至生长成不规则的水热焦炭的现象；再结合在惰性气体内烧结碳化处理，使得碳材料表面形成孔径大小相近分布均匀的孔隙，大大提高孔隙率，减轻孔壁的坍塌，实现对碳材料本身孔结构的大小及形态的调控。本专利技术制得银纳米颗粒复合微孔碳球具备丰富的微孔和介孔结构，比表面积大，微孔占有率高，可以形成稳定的网络结构，优化界面接触质量，有效改善空穴复合损失和电荷传输能力。
[0012]可选的，步骤一中，所述三嵌段共聚物P123、硝酸银和碳源的质量比为8～10:1:30～37。优选的配比实现了碳材料成分的调控，能够获得丰富适宜的银掺杂量，从而能够提升碳材料的导电性，进而提升碳电极性能。
[0013]可选的，步骤一中，所述碳源由质量比为7～8:4～5的甲醛和糠醛混合而成，其中，甲醛的浓度为30wt％～40wt％。优选的碳源结合后续处理工艺，能够形成多级孔道结构，提供更多的载流子的传输通道和活性位，缩短电荷传输距离，获得更好的电化学性能。
[0014]可选的，步骤一中，所述混合溶剂中蒸馏水与无水乙醇的体积比为5～6:2，乙醇胺的加入量为催化量，碳源的加入量为乙醇加入质量的5.4％～9.5％。
[0015]可选的，步骤一中，搅拌转速为700rpm～800rpm，持续搅拌时间为20h～28h。
[0016]可选的，步骤三中，真空干燥温度为60℃～100℃，真空干燥时间为6h～10h。
[0017]可选的，步骤四中，烧结为程序升温：以1℃/min～2℃/min的速率升温至150℃～250℃，保温1h～2h，再以3℃/min～6℃/min的速率升温至300℃～400℃，保温1h～3h，然后继续以3℃/min～6℃/min的速率升温至550℃～750℃，保温3h～5h。
[0018]优选的升温速率、温度和保温时间，使得产物能稳步进行脱水、脱氢和末端链分解，不但可以优化孔隙度，使制得的银纳米颗粒复合微孔碳球具有高比表面积和良好的分级多孔结构，同时可以调控碳材料的银纳米颗粒含量在理想范围之内，保障碳材料自身的支撑强度，且能够提高产率。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种银纳米颗粒复合微孔碳球，由上述银纳米颗粒复合微球的制备方法制备得到。
[0020]相对于现有技术，本专利技术提供的银纳米颗粒复合微孔碳球，利用微孔碳球的刚性特质和自支撑形成稳定的导电网络结构，孔径分布均匀，比表面积大，且银纳米颗粒的存在可调控电极的导电性，有效改善电荷传导，提高载流子的扩散及运输速率，为研制高效廉价的对电极材料提供了新思路。
[0021]可选的，所述银纳米颗粒分布于所述微孔碳球的内、形成核壳结构的球状纳米材料，其中，在所述微孔碳球的表面还分布有不规则微孔隙。
[0022]第三方面，本专利技术提供了上述银纳米颗粒复合微孔碳球作为对电极在钙钛矿太阳能电池中的应用。
[0023]可选的，上述银纳米颗粒复合微孔碳球作为对电极的使用方法包括如下步骤：
[0024]1)将银纳米颗粒复合微孔碳球和松油醇加入球磨罐中，加入适量的乙基纤维素，球磨，充分混合均匀，制得对电极；
[0025]2)在导电FTO基底上依次沉积电子传输层、钙钛矿层和上述对电极，制得钙钛矿太阳能电池。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的SEM图；
[0028]图2为本专利技术实施例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的TEM图；
[0029]图3为本专利技术实施例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的XRD图；
[0030]图4为本专利技术实施例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的孔径分布图；
[0031]图5为本专利技术实施例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的等温氮气吸脱附曲线图；
[0032]图6为本专利技术对比例1中银纳米颗粒复合微孔碳球的SEM图；
[0033]图7为本专利技术对比例5中银纳米颗粒复合微孔碳球的SE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、向蒸馏水和无水乙醇的混合溶剂中，依次加入乙醇胺、三嵌段共聚物P123和硝酸银，完全溶解后，加入碳源，搅拌，形成碳源前驱体溶液；步骤二、将所述碳源前驱体溶液转移至反应器内，于80℃～120℃下反应10h～18h，得反应物；步骤三、将所述反应物依次进行离心、洗涤和真空干燥，得前驱体；步骤四、将所述前驱体在惰性气氛中烧结、碳化，得所述银纳米颗粒复合微孔碳球。2.如权利要求1所述的银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述三嵌段共聚物P123、硝酸银和碳源的质量比为8～10:1:30～37。3.如权利要求1所述的银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碳源由质量比为7～8:4～5的甲醛和糠醛混合而成，其中，甲醛的浓度为30wt％～40wt％。4.如权利要求1或2所述的银纳米颗粒复合微孔碳球的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述混合溶剂中蒸馏水与无水乙醇的体积比为5～6:2，乙醇胺的加入量为催化量，碳源的加入量为乙醇加入质量的5.4％～9.5％。5.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武明星，许畅，马婧媛，郭佳宁，
申请(专利权)人：河北师范大学，
类型：发明
国别省市：