O4微納米材料對電極用于染料敏化太陽能電池,最終獲 得了 7. 36%的光電轉(zhuǎn)換效率,高于相同條件下Pt對電極的光電轉(zhuǎn)換效率7. 08%。證明制 備的三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材料是一類很有潛力的、可替代傳統(tǒng)貴金屬Pt用于染料敏 化太陽能電池對電極的低成本納米材料。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 將4mmol六水合硝酸鈷、IOmmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將20mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于140°C密閉恒 溫反應(yīng)2h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于400°C煅燒4h,即得帶刺菱柱體型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納 米材料。
[0042] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖3為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有帶刺菱柱體型的三維多級結(jié)構(gòu),菱形邊長在400~ 500nm之間,形貌均一,形狀均勻。
[0043] 實(shí)施例3
[0044] 將4mmol六水合硝酸鈷、20mmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將20mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于130°C密閉恒 溫反應(yīng)3h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于500°C煅燒3h,即得太陽型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材料。
[0045] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖4為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有太陽型的三維多級結(jié)構(gòu),直徑在6~m之間,形 貌均一,形狀均勻。
[0046] 實(shí)施例4
[0047] 將5mmol六水合硝酸鈷、25mmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將25mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于IKTC密閉恒 溫反應(yīng)4h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于400°C煅燒4h,即得圓篾席型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材 料。
[0048] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖5為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有圓篾席型的三維多級結(jié)構(gòu),直徑在7~10μm之間, 形貌均一,形狀均勻。
[0049] 實(shí)施例5
[0050] 將5mmol六水合氯化鈷、IOmmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將25mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于150°C密閉恒 溫反應(yīng)Ih后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于90°C干燥3h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于300°C煅燒6h,即得致密蜂窩型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米 材料。
[0051] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖6為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有致密蜂窩型的三維多級結(jié)構(gòu),形貌均一,形狀均勻。
[0052] 實(shí)施例6
[0053] 將5mmol六水合硝酸鈷、IOmmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將25mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于130°C密閉恒 溫反應(yīng)4h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于500°C煅燒3h,即得百合花型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材 料。
[0054] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖7為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有百合花型的三維多級結(jié)構(gòu),直徑在10~12 iim之 間,形貌均一,形狀均勻。
[0055] 實(shí)施例7
[0056] 將4mmol六水合硝酸鈷、20mmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將20mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于l〇〇°C密閉恒 溫反應(yīng)Ih后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于400°C煅燒4h,即得圓盤型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材料。
[0057] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖8為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有圓盤型的三維多級結(jié)構(gòu),直徑在5~6 ii m之間,形 貌均一,形狀均勻。
[0058] 實(shí)施例8
[0059] 將4mmol六水合硝酸鈷、20mmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將20mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于100°C密閉恒 溫反應(yīng)4h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于90°C干燥3h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于300°C煅燒6h,即得帶刺多菱柱體型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微 納米材料。
[0060] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖9為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有帶刺多菱柱體型的三維多級結(jié)構(gòu),菱形邊長在2~ 3ym之間,形貌均一,形狀均勻。
[0061] 實(shí)施例9
[0062] 將5mmol六水合硝酸鈷、25mmol氟化銨混合均勻,加入30ml去離子水分散攪拌 5min。將25mmol尿素溶解在20ml去離子水中,加入上述溶液,分散攪拌5min。將上述混合 溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入預(yù)處理的基底導(dǎo)電玻璃,于140°C密閉恒 溫反應(yīng)3h后,自然冷卻至室溫。將所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3次,于80°C干燥5h,保 持煅燒升溫速率為1°C/min于500°C煅燒3h,即得六角型三維多級結(jié)構(gòu)Co3O4微納米材料。
[0063] 本實(shí)施例產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及成分與實(shí)施例1相近。圖10為本實(shí)施例所得Co3O4微納米 材料的SEM圖,表明所制備的Co3O4具有六角型的三維多級結(jié)構(gòu),直徑在6~10μm之間,形 貌均一,形狀均勻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一類原位生長四氧化三鈷微納米材料,其特征在于所述材料具有三維多級結(jié)構(gòu),且 可通過可控制備得到多種不同形貌。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料,其特征在于:所述多種不 同形貌包括三維多級結(jié)構(gòu)的多孔蜂窩型、帶刺菱柱體型、蒲公英型、齒輪圓盤型、帶刺圓盤 型、帶刺多菱柱體型、向日葵花型、側(cè)菱時(shí)鐘型、菱柱圓盤體型、六角型、圓篾席型、成熟向日 葵型、致密蜂窩型、刺球花型、百合花型、菊花球型、多層圓盤型、中空膠囊型、中空立方體 型、中空納米線型、空心球型、空心管型、殼核型、雙海膽型、三角柱型、啞鈴型、球型、海星 型、珊瑚型、海膽花型、檸檬草型、雙三角錐型、多面體型、多孔泡沫型、針型、立方體型、草坪 草型、樹葉型、圓環(huán)型、紡錘體型、銅錢型、橢球體型、絨球花型、太陽型。3. -種如權(quán)利要求1或2所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法,其 特征在于包括以下步驟: ⑴將鈷原料、氟化銨以1:2~1:5的摩爾比混合均勻,加入20~40ml去離子水分散攪 泮 5 ~IOmin ; ⑵將尿素溶解在10~30ml去離子水中,加入步驟⑴所得溶液,保持尿素與氟化銨摩爾 比為1:1~2:5,分散攪拌5~IOmin; ⑶對導(dǎo)電基底進(jìn)行如下預(yù)處理:清水沖洗,洗潔精超聲5~15min,清水、去離子水清 洗,去離子水超聲5~15min,無水乙醇沖洗并超聲5~15min,無水乙醇沖洗,干燥; ⑷將步驟⑵所得混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)膽中,放入步驟⑶所述的 導(dǎo)電基底,于100~150°C密閉恒溫反應(yīng)1~20h后,自然冷卻至室溫; (5) 將步驟⑷中所得反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗滌3~5次,于80~90°C干燥3~5h ; (6) 將步驟(5)中所得反應(yīng)產(chǎn)物于300~500°C煅燒3~6h,即得各種不同形貌的三維多 級結(jié)構(gòu)四氧化三鈷微納米材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法,其特征在 于:所述步驟⑴中的鈷原料選自六水合氯化鈷、六水合硝酸鈷、七水合硫酸鈷中的一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法,其特征在 于:所述步驟⑶中的導(dǎo)電基底選自導(dǎo)電玻璃、導(dǎo)電塑料、金屬基底。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法,其特征在 于:所述步驟(6)中的煅燒升溫速率為1°C /min。7. 權(quán)利要求3-6中任意一項(xiàng)所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法, 其特征在于:可得多種不同形貌的四氧化三鈷微納米材料,且形貌均一、尺寸均勻、具有三 維多級結(jié)構(gòu)、純度高。8. -類染料敏化太陽能電池對電極,其特征在于:所述對電極材料采用權(quán)利要求1或2 所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的染料敏化太陽能電池對電極,其特征在于:所述對電極的制 備方法采用權(quán)利要求3-6所述的原位生長四氧化三鈷微納米材料的可控制備方法。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一類原位生長三維多級結(jié)構(gòu)四氧化三鈷微納米材料、可控制備及應(yīng)用,是以鈷原料、氟化銨、尿素為原料、水為溶劑密閉恒溫反應(yīng),在基底上得到一類具有多種特定形貌三維多級結(jié)構(gòu)的微納米材料。此種原位可控制備方法簡單易行、操作性強(qiáng)、成本低廉、綠色環(huán)保,解決了傳統(tǒng)納米粉體應(yīng)用于器件時(shí)步驟繁瑣、與基底結(jié)合不牢、重復(fù)性差、電子傳輸性差等問題。所得產(chǎn)品形貌多樣、尺寸均勻、不易團(tuán)聚、純度高,其三維孔道及多級結(jié)構(gòu)有利于電子傳輸。以此種材料為對電極的染料敏化太陽能電池獲得了高于貴金屬鉑的光電轉(zhuǎn)換效率,解決了鉑成本高、儲量有限等問題,此外還有望在超級電容器、鋰離子電池、傳感器、磁性材料、催化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
【IPC分類】H01G9/20, C01G51/04
【公開號】CN105084427
【申請?zhí)枴緾N201410211248
【發(fā)明人】苗青青, 張鎖江, 張朋梅, 徐慧
【申請人】中國科學(xué)院過程工程研究所
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月19日