一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜的製備方法

2023-10-21 04:11:47

專利名稱：一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鉬粒子球薄膜的製備方法。
技術背景
自從0' Regan和Gratzel在1991年報導了相對高的太陽能轉換效率為8 0Z0 11%的染料敏化太陽能電池(DSSC)，DSSCs已引起了廣泛的科學和技術的興趣。DSSCs由於其的高轉換效率以及低成本，已經成為最有前途的的光伏器件之一。一般來說，DSSC包括三個主要部分組成一塊染料覆蓋的納米晶二氧化鈦薄膜的透明導電玻璃基底，Γ/Ι3_的有機溶劑作為電解質，和一個對電極。高電化學活性的對電極是一個增強DSSC性能的重要條件，其主要用於收集電子，還有一個主要作用是催化作用，加快Γ/Ι3_以及陰極電子之間的電子交換速度，因此需要進行對電極的修飾，以提高其催化性能。目前主要採用的修飾方法是鉬修飾，通常由負載有鉬催化劑的導電玻璃構成，鉬可使對電極電解液界面上的電荷遷移快速高效進行，抑制暗電流，提高電池的開路電壓。但是鉬的昂貴和稀有，導致這種電極製備成本較高。聚苯胺及其衍生物由於其易合成，高導電性，和獨特的氧化還原性質，作為對電極是很有潛力的導電聚合物之一。發明內容
本發明的目的是為了解決現有鉬電極作為對電極成本高問題，而提供一種聚 (5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法。
本發明的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將導電玻璃浸入水中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次；將上述清洗後的導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次； 再浸入蒸餾水中，超聲處理10 20min，然後在50°C 80°C溫度下乾燥0. 5 ^iin ；其中， 超聲處理的超聲頻率為40 50KHz ；
二、取純鉬片放入濃硝酸中，加熱至沸騰後保持1 3min，然後冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液中，使用循環伏安法，在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 ZSmV/V1，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液B中，使用循環伏安法，在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 25II1V/S-1，電壓循環次數為10 40次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；其中，步驟三所述的電解液A為0. 1 0. 5mol/L的5-三氟甲基-1，3-苯二胺的硫酸溶液；步驟四所述的電解液B為0. 001 0. 01mol/L的鉬氯酸溶液。
本發明的有益效果為通過電化學方法合成了聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜，並以該聚苯胺薄膜為基底誘導形成片層球狀鉬粒子膜。聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/ 片狀鉬粒子球薄膜作為染料敏化太陽能電池的對電極，相對於熱解法鍍鉬有著載鉬量低， 催化活性強的作用。


圖1試驗5得到的熱解法製備的Pt對電極SEM形貌；
圖2試驗1得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/
圖3試驗1得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺), 的SEM形貌；
圖4試驗2得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/
圖5試驗2得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺), 的SEM形貌；
圖6試驗3得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/
圖7試驗3得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺),片狀鉬粒子球薄膜SEM形貌； '片狀鉬粒子球薄膜放大80倍片狀鉬粒子球薄膜SEM形貌； '片狀鉬粒子球薄膜放大80倍片狀鉬粒子球薄膜SEM形貌； '片狀鉬粒子球薄膜放大80倍的SEM形貌；
圖8試驗4得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜SEM形貌；
圖9試驗4得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜放大80倍的SEM形貌；
圖10熱解法製備的Pt膜和不同載鉬量的聚合物薄膜作為對電極的電壓-電流曲線；其中，1為試驗4的電壓-電流曲線，2為試驗3的電壓-電流曲線，3為試驗2的電壓-電流曲線，4為試驗1的電壓-電流曲線，5為試驗5的電壓-電流曲線。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將導電玻璃浸入水中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次；將上述清洗後的導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次； 再浸入蒸餾水中，超聲處理10 20min，然後在50°C 80°C溫度下乾燥0. 5 ^iin ；其中， 超聲處理的超聲頻率為40 50KHz ；
二、取純鉬片放入濃硝酸中，加熱至沸騰後保持1 3min，然後冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液中，使用循環伏安法，在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 25!^/^，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液B中，使用循環伏安法，在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 25II1V/S-1，電壓循環次數為10 40次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；其中，步驟三所述的電解液A為0. 1 0. 5mol/L的5-三氟甲基-1，3-苯二胺的硫酸溶液；步驟四所述的電解液B為0. 001 0. 01mol/L的鉬氯酸溶液。
本實施方式的有益效果為通過電化學方法合成了聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)，並以該聚苯胺薄膜為基底誘導形成片層球狀鉬粒子膜。聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)鉬粒子薄膜作為染料敏化太陽能電池的對電極，相對於熱解法鍍鉬有著載鉬量低，催化活性強的作用。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述的用水清洗是指用蒸餾水或去離子水進行的。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一至二不同的是步驟二所述的濃硝酸為質量百分比含量為65 % 68 %的硝酸。其它與具體實施方式
一至二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三和步驟四所述的電壓為直流電壓。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
通過以下試驗驗證本發明的效果
試驗1
本試驗的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1 次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率 45KHz ；
二、取純鉬片放入質量百分比含量為65%的硝酸溶液中，加熱至83°C保持2min， 冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 3mol/L的5-三氟甲基_1，3-苯二胺的硫酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為ZOmV/s—1，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 003mol/L的鉬氯酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為20H1V/S-1，電壓循環次數為10次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；
五、將步驟四得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜放入真空乾燥箱中，在溫度為70°C，真空度為-0. IMPa的條件下烘乾1 備用。
試驗2
本試驗的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率 45KHz ；
二、取純鉬片放入質量百分比含量為65%的硝酸溶液中，加熱至83°C保持2min， 冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 3mol/L的5-三氟甲基_1，3-苯二胺的硫酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為ZOmV/s—1，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 003mol/L的鉬氯酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為20H1V/S-1，電壓循環次數為20次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；
五、將步驟四得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜放入真空乾燥箱中，在溫度為70°C，真空度為-0. IMPa的條件下烘乾1 備用。
試驗3
本試驗的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1 次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率 45KHz ；
二、取純鉬片放入質量百分比含量為65%的硝酸溶液中，加熱至83°C保持2min， 冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 3mol/L的5-三氟甲基_1，3-苯二胺的硫酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為ZOmV/s—1，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 003mol/L的鉬氯酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為20H1V/S-1，電壓循環次數為30次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；
五、將步驟四得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜放入真空乾燥箱中，在溫度為70°C，真空度為-0. IMPa的條件下烘乾1 備用。
試驗4
本試驗的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1 次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率 45KHz ；
二、取純鉬片放入質量百分比含量為65%的硝酸溶液中，加熱至83°C保持2min， 冷卻至室溫，待用；
三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 3mol/L的5-三氟甲基_1，3-苯二胺的硫酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為20H1V/S-1，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；
四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於0. 003mol/L的鉬氯酸溶液中，使用循環伏安法，在直流電壓為IV，掃描速度為20H1V/S-1，電壓循環次數為40次的條件下，進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；
五、將步驟四得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜放入真空乾燥箱中，在溫度為70°C，真空度為-0. IMPa的條件下烘乾1 備用。
試驗5
本試驗的一種鍍鉬薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的
一、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1 次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率 45KHz ；
二、將0. ImLmo. 003mol/L鉬氯酸乙醇溶液滴到導電玻璃上，然後放入馬弗爐中， 在400°C溫度下燒結30min，即得純Pt薄膜。
採用掃描電鏡(SEM，FEI QUANTA200F和Mx^OOfe)觀察試驗1至4的聚(5_三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜，以及試驗5的純Pt薄膜的表面形貌，如圖1至9 所示。
由圖1至圖9可以得出本試驗的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的鉬粒子團聚體形狀趨於規則的球形，並且直徑逐漸增大，可以提高作為太陽能電池對電極的電池性能。
將試驗1至4得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜，以及試驗5得到的純Pt薄膜，進行應用試驗
將試驗1至5製得的薄膜分別與TW2薄膜製成太陽能電池模型，測試太陽能電池模型的性能，並設置試驗組與對照組驗證製得的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的效果。
TiO2薄膜的製備方法具體步驟如下
一、稱取3mL的溶膠和0. 668g的P25 二氧化鈦混合均勻，即得混合溶液；其中，所述的溶膠是由20mL的鈦酸四丁酯，50mL的無水乙醇和4mL重蒸水組成的；
二、將FTO導電玻璃浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1 次；將上述清洗後的FTO導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理15min，然後取出用去離子水清洗1次；再浸入蒸餾水中，超聲處理15min，然後在60°C溫度下乾燥Imin ；其中，超聲頻率45KHz ；
三、將步驟一得到的混合溶液均勻刮塗到步驟二處理後的FTO導電玻璃整個表面，然後放入馬弗爐中，在450°C溫度下燒結30min，即得TW2薄膜；
四、將步驟二得到的TiA薄膜浸入濃度為3xlO-4mol/L的N719染料中浸泡12h，然後用無水乙醇清洗1次，放入烘箱中，在70°C溫度下乾燥15min，備用。
試驗組
試驗組1 將TiO2薄膜與試驗1得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺) 子球薄膜組裝到一起，注入Γ/ι3-電解液，得到太陽能電池模型。
試驗組2 將TiO2薄膜與試驗2得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺) 子球薄膜組裝到一起，注入Γ/ι3-電解液，得到太陽能電池模型。
試驗組3 將TiO2薄膜與試驗3得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺) 子球薄膜組裝到一起，注入Γ/ι3-電解液，得到太陽能電池模型。
試驗組4 將TW2薄膜與試驗4得到的聚(5-三氟甲基-1，3_苯二胺) 子球薄膜組裝到一起，注入Γ/ι3-電解液，得到太陽能電池模型。
對照組將試驗5得到的純Pt薄膜與TW2薄膜組裝到一起，注入Γ/ 得到太陽能電池模型。
其中，本次應用試驗中的Γ/Ι3-電解液是由0. 05mol/L的I2,0. lmol/L的Lil、 0. 6mol/L的叔丁基吡啶和0. 6mol/L的碘化(1- 丁基-3-甲基咪唑)組成。
採用500W氙燈作為光源，模擬太陽光光強100mW/cm_2，用電化學分析系統(LK98B II，天津蘭力科有限公司)測試試驗組與對照組製得的太陽能電池模型的光伏性能，如表1 和圖10所示。
表1不同載鉬量的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜作為對電極的太陽能電池性能
開路電壓(V)短路電流(mAcnr2)填充因子效率(％)3 8063L322.410.620.922.950.631.142.890.641.266.660.632.74
由表1可知，聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜具有很好的催化效果。在鉬含量相同的條件下，聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜作為對電極製備的太陽能電池具有較高的效率。
從圖10可知，聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜具有很好的催化效果。在鉬含量相同的條件下，聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜作為對電極製備的太陽能電池具有較好的性能。/片狀鉬粒 /片狀鉬粒 /片狀鉬粒 /片狀鉬粒 13_電解液，對照組試驗組1 試驗組2 試驗組3 試驗組40.681 0.613 0.613 0.679 0.65權利要求
1.一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法，其特徵在於所述的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法是按照以下步驟進行的一、將導電玻璃浸入水中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次；將上述清洗後的導電玻璃浸入丙酮溶液中，超聲處理10 20min，然後取出用水清洗1 2次；再浸入蒸餾水中，超聲處理10 20min，然後在50°C 80°C溫度下乾燥0. 5 ^iin ；其中，超聲處理的超聲頻率為40 50KHz ；二、取純鉬片放入濃硝酸中，加熱至沸騰後保持1 3min，然後冷卻至室溫，待用；三、以經步驟一處理後的導電玻璃作為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液A中，使用循環伏安法，在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 25!^/^，電壓循環次數為55次的條件下，進行電化學聚合，即得聚 (5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜；四、以步驟三得到的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)薄膜為工作電極，以經步驟二處理的純鉬片作為對電極，另取Ag/AgCl電極作為參比電極，置於電解液B中，使用循環伏安法， 在電壓為-0. 5 1. 8V，掃描速度為15 25II1V/S-1，電壓循環次數為10 40次的條件下， 進行電化學聚合，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜；其中，步驟三所述的電解液A為0. 1 0. 5mol/L的5-三氟甲基_1，3-苯二胺的硫酸溶液；步驟四所述的電解液B為0. 001 0. 01mol/L的鉬氯酸溶液。
2.根據權利要求1所述的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法，其特徵在於步驟一所述的用水清洗是指用蒸餾水或去離子水進行的。
3.根據權利要求1所述的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法，其特徵在於步驟二所述的濃硝酸為質量百分比含量為65% 68%的硝酸。
4.根據權利要求1所述的一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉬粒子球薄膜的製備方法，其特徵在於步驟三和步驟四所述的電壓為直流電壓。
全文摘要
一種聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜的製備方法，它涉及一種鉑粒子球薄膜的製備方法。本發明要解決現有鉑電極作為對電極成本高問題。本發明聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜製備方法如下一、將導電玻璃超聲清洗；二、對純鉑片進行處理；三、採用循環伏安法，進行電化學聚合；四、浸入鉑氯酸中，採用循環伏安法，即得聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜。本發明的聚(5-三氟甲基-1，3-苯二胺)/片狀鉑粒子球薄膜作為染料敏化太陽能電池的對電極，相對於熱解法鍍鉑有著載鉑量低，催化活性強的作用。本發明的方法應用於太陽能電池領域。
文檔編號H01L31/0224GK102522463SQ20121000857
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者張琳, 牛海軍, 白續鐸, 郝麗蘋 申請人:黑龍江大學