[发明专利]过渡金属硫化物与石墨烯复合材料对电极及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种过渡金属金属硫化物与石墨烯复合材料对电极及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

为了解决日益严峻的能源危机与环境危机，科研工作者们正致力于寻找经济、环保的燃料替代品。由于太阳光具有资源丰富、分布广泛以及可持续利用的特点，人们不断尝试将太阳能转化为可储备能源，进而引发了太阳能电池的研究热潮。其中，染料敏化太阳能电池因其价格低，材料环境友好，封装工艺简单以及光电转化效率较高等优点，引起广泛关注。然而，目前染料敏化太阳能电池可遇见的成本和可实现的转化效率仍不能满足商业化推广的需求。因此，为了降低染料敏化太阳能电池的制备成本并提高其光电转化效率，人们投入了大量的研究工作。

染料敏化太阳能电池主要由三部分组成，包括吸附有染料的光阳极(TiO₂)，含有氧化还原电对(I^-/I^3-电解质或Co络合物电解质，前者较常用)的电解液以及催化活性强的对电极。作为染料敏化电池的重要组成部分，对电极材料的性能成为影响染料敏化电池转化效率的关键因素。目前最常用的对电极是Pt电极。Pt电极对I^3-的还原具有非常高的催化活性以及较低的超电势，然而，Pt储备稀缺、价格昂贵，并且在碘溶液中有腐蚀。因此，寻找价格低廉、储量丰富、化学/电化学稳定并且催化活性可与Pt相匹的材料，成为降低染料敏化太阳能电池成本并提高其商业化推广的必经之路。目前已研究的对电极材料有碳对电极材料(包括活性炭，炭黑，多孔碳，碳纤维/碳纳米管，富勒烯及石墨烯等)[CN200610114581.7；CN200710177810.4；CN200710010546.5；CN200810118071.6；CN200810227107.4；CN201010212640]，碳化物对电极材料(包括MoC，Mo₂C，WC，VC，TiC以及ZrC等)[Chem.Commun.2010，46，8600；Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，3520]，氮化物对电极材料(包括TiN，MoN，WN，MoN以及Fe₂N等)[CN200910068409.6；CN201110004928.8；Chem.Commun.2009，6720；Angew.Chem.Int.Ed.2010，49，3653]，氧化物对电极材料(包括NiO，MoO₂，WO₃/WO₂，NbO₂/Nb₂O₅以及RuO₂等)[Chem.Commun.2011，47，4535；Chem.Commun.2011，47，11489；Electrochem.Commun.2012，24，69；Coord.Chem.Rev.2004，248，1421]，硫化物、硒化物及磷化物对电极材料(包括CoS，CuS₂，NiS，MoS₂，WS₂，MoP以及Ni₅P₄等)[J.Am.Chem.Soc.2009，131，15976；Energy Environ.Sci.2011，4，2630；Angew.Chem.Int.Ed.2011，50，11739；Aust.J.Chem.2012，65，1342；J.MaterChem.2012，22，18572]，高分子聚合物对电极材料(包括聚噻吩，聚吡咯，聚苯胺，聚对苯，聚苯乙烯等)[CN200910043344.X；CN200910072716.1；CN200910072714.2]，以及其中一些材料的复合材料对电极。