[发明专利]一种三氟氧钛酸铵及其制备和应用

说明书

本发明属于电池材料制备领域，具体涉及一种三氟氧钛酸铵及其制备和应用。先以氟化铵、钛酸四丁酯为原料，通过水热合成方法制得实心立方块形状的三氟氧钛酸铵。然后将该三氟氧钛酸铵作为散射层印刷在商业化TiO₂层上，再将该光阳极膜经过硼酸溶液浸泡处理，使三氟氧钛酸铵转化为空心结构的二氧化钛立方块，从而提高电池的光电转化效率。

技术领域

本发明属于电池材料制备领域，具体涉及一种三氟氧钛酸铵及其制备和应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池自开发出来就因其众多的优点引来各国研究工作者的密切关注，这种电池低成本、高光电转换效率、对环境无污染，非常有可能替代硅晶电池成为下一代光伏产业的支柱产品。TiO₂半导体材料在染料吸附、电荷分离及传输等方面都显示了优异的性能，因此在目前的研究结果中，TiO₂是性能最优越的光阳极材料。此外，TiO₂具有化学稳定性良好，耐强酸强碱能力强等优势，这对电池器件的长期稳定性来说是十分重要的。近年来，设计和合成分等级结构TiO₂成为新一轮的研究热点，这是由于分等级结构材料在提供散射作用的同时，保持了高比表面积。但是，一般分等级结构TiO₂的制备比较复杂，重现性低，且制备得到的样品比表面积和散射效果不太理想。

三氟氧钛酸铵主要是通过氟钛酸铵（(NH₄)₂TiF₆）和硼酸（H₃BO₃）反应制得，所得颗粒大小不一，形状不规整，不利于后期拓扑转化以制得{001}面暴露在外的二氧化钛材料。为了控制其大小以及形状，往往需要在反应体系中加入表面活性剂，这无形中又增加了制备成本。同时，目前方法所制得的三氟氧钛酸铵颗粒，尺寸普遍较大（3~5微米），导致煅烧后所得比表面积较小，光催化活性有限，限制了其大规模应用。

CN 103787408 A公开了一种三氟氧钛酸铵（NH₄TiOF₃）的制备方法，采用氟钛酸铵（(NH₄)₂TiF₆）溶液和氨水(NH₄OH)溶液为原料，将氟钛酸铵溶液和氨水溶液混合，15~50℃反应得到三氟氧钛酸铵，三氟氧钛酸铵粉体粒径小（1微米以下）且分布均匀，进一步优选为15~35℃可反应制备得到粒径范围 300~600nm且分布均匀的三氟氧钛酸铵。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三氟氧钛酸铵及其制备和应用。本发明通过水热法制备得到实心结构的三氟氧钛酸铵立方块应用于染料敏化太阳能电池光阳极散射层，并通过硼酸对光阳极膜进行表面处理，使三氟氧钛酸铵转化为空心结构的二氧化钛立方块，从而提高了电池的光电转化效率。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种三氟氧钛酸铵的制备方法：将20mL-30mL冰醋酸和5-10mmol氟化铵混合，搅拌使氟化铵完全溶解，得混合溶液；然后将0.5-1.5mL钛酸四丁酯逐滴加入混合溶液中，继续搅拌反应15min；将反应体系转移到高压反应釜中，置于140-160℃烘箱中恒温反应8-16h后得白色沉淀，将白色沉淀离心分离，用去离子水和乙醇洗涤后得到实心立方块形状的三氟氧钛酸铵。

一种利用如上所述的三氟氧钛酸铵作为散射层的光阳极膜的制备方法，具体步骤为：

1）将三氟氧钛酸铵、乙基纤维素和松油醇按20:2:1重量比混合均匀，然后加入200mL无水乙醇，充分搅拌后，40℃减压旋蒸30min得到三氟氧钛酸铵浆料；

2）先通过丝网印刷法在FTO导电玻璃上制备商业化TiO₂吸收层，随后在500℃下煅烧2h，将三氟氧钛酸铵浆料印刷在商业化TiO₂层上，制备成光阳极散射层，100℃烘干得光阳极膜；