[发明专利]一种负载型催化剂制备方法及其在染料敏化太阳能电池对电极上的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载型催化剂制备方法及其在染料敏化太阳能电池对电极上的应用，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

在社会日益高速发展的大趋势下，高效环保能源的利用成为万众瞩目的课题。染料敏化太阳能电池具有理论转换效率高、制作工艺简单、材料来源丰富、可塑性强、无污染以及透明度高等特点，为大规模、低成本及高效率的利用太阳能开辟了一条新途径。目前，常用的染料敏化太阳能电池的对电极是载有贵金属铂（Pt）的导电玻璃。但是铂对电极价格高昂、储量十分有限并且电解液中的氧化还原电对（I₃^-/I^-）对金属铂有腐蚀作用。这些缺点严重限制了铂在染料敏化太阳能电池中大规模生产和应用的前景。因此，为了降低染料敏化太阳能电池的制作成本，提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，加快其在商业化应用中的发展速度，开发可替代金属铂的高效低成本对电极催化材料具有重要而深远的意义。

碳材料作为染料敏化太阳能电池的对电极已经被验证了其较好的催化效能,例如碳纳米管的应用(Wu M X,Lin X,et al.Energy Environ.Sci.,2011,4,2308-2315)，碳-PEDOT复合材料的应用（Simon J Thompson,et al.J.Phys.2013,46.2:024007）。但是美中不足的是，碳材料的附着性不是很理想，稳定性较差，因而在大工业生厂上有很大的局限性。无机化合物作为染料敏化太阳能电池对电极材料如SnSx（Chen X,Hou Y,et al.Chem.Commun.,2013,49,5793-5795）,CoS(Wang M,A.M.Anghel,B.Marsan,et al.J.Am.Chem.Soc.,2009,131,15976-15976.),MoS₂(Yue G,Wu J.H,et al.J.Mater.Chem.A,2013,1,1495-1501),WS₂(Wu M X,Wang Y,et al.Phys.Chem.Chem.Phys.,2011,13,19298-19301.),NiS(Sun H,Qin D,et al.Energ Environ.Sci.,2011,4,2630-2637.),TiN(Jiang Q W,Li J R,Gao X P,Chem.Commun.,2009,6720-6722),NiSe₂(Gong F,Xu X,Li Z Q,Zhou G,Wang Z S,Chem.Commun,2013,49,1437-1439),因其良好的附着性，较理想的光电转换效率也被作为理想的染料敏化太阳能电池对电极材料。

发明内容

本发明通过以碳材料作为载体，金属元素作为活性组分，采用浸渍法合成一种负载型催化剂，解决了上述问题。

本发明提供了一种负载型催化剂制备方法，所述制备方法为将金属盐Ⅰ、金属盐Ⅱ与碳源按摩尔比1：（0.1～10）：（10～100）在水中浸渍、烘干、焙烧；

所述金属盐Ⅰ和金属盐Ⅱ的阳离子选自钛离子、钒离子、铬离子、锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子、锌离子、镓离子、锗离子、锆离子、铌离子、钼离子、银离子、镉离子、铟离子、锡离子、锑离子、钨离子、镧离子、铈离子、钕离子、铕离子、铒离子和镱离子中两种不同的金属离子。

本发明所述金属盐Ⅰ、金属盐Ⅱ与碳源的摩尔比优选为1：（0.5～5）：（15～50）。

本发明所述金属盐Ⅰ和金属盐Ⅱ的阳离子优选自铬离子、锰离子、钴离子、锌离子、钛离子、镍离子、铜离子、锆离子、铌离子、铟离子、锡离子、镧离子和铈离子中两种不同的金属离子。

本发明所述碳源优选为有序介孔碳、活性炭、炭黑、导电碳、色素碳、碳纤维、碳纳米管、C₆₀和废弃的打印机墨粉中的一种。

本发明所述浸渍时间优选为6～24h。

本发明所述烘干温度优选为30～100℃。

本发明所述焙烧条件优选为在惰性气体保护下400～1000℃焙烧1～12h。

本发明另一方面的目的在于提供上述本发明所述的方法制备得到的负载型催化剂。