[发明专利]一种三维中空硒硫化镍纳米框催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维中空硒硫化镍纳米框催化剂的制备方法，其是将镍钴类普鲁士蓝纳米立方体与九水合硫化钠分散于溶剂中，经溶剂热反应后得到硫化镍纳米框；再将所得硫化镍纳米框与硒粉分散于溶剂中，加入一定量的水合联氨，经二次溶剂热反应制得所述三维中空硒硫化镍纳米框催化剂。本发明方法操作简单、成本低且制备的硒硫化镍纳米框催化剂拥有优异的电化学性能及纳米粒子尺寸小、比表面积大、结构稳定等优点，将其用于作为染料敏化太阳能电池的对电极，其光电转化效率可达到9.66%。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种三维中空硒硫化镍纳米框催化剂的制备方法。

背景技术

化石能源包括煤、石油、天然气，其作为全球主要的一次能源，在我国的能源结构中占有很大的比重。但是化石能源储量有限且不可再生及其在燃烧过程中会造成的各种生态环境问题，因此迫切需要寻找一种可替代的清洁能源。风能、地热能、生物质能和太阳能等一系列可再生能源成为了很好的选择。其中太阳能具有安全无污染且无限制供应等优势，使得太阳能的利用成为了当下的研究热点之一。

1991年，瑞士科学家Grätzel在Nature上报道了一种名为染料敏化太阳能电池（DSSCs）的新型太阳能电池。相比于高成本硅基太阳能电池，DSSCs构造简单、制作容易、成本较低、对环境友好。随后的研究中，DSSCs光电转化效率不断得到提高。因此DSSCs在将来很有可能取代硅基太阳能电池成为太阳能电池的主导。

DSSCs是由光阳极、电解质和对电极三部分组成的类似于三明治结构。其中对电极大多是由氯铂酸负载在导电玻璃（Fluorine-doped Tin Oxide，FTO）上制成的Pt对电极，这是由于Pt催化剂对碘电解液中I^–/I₃^–电子对的氧化还原反应拥有优异的催化性能。但Olsen等人研究表明，Pt会在碘电解液中反应生成PtI₄，使得Pt的催化性能下降。同时贵金属Pt储量少、价格昂贵，阻碍了DSSCs的大规模应用。因此，迫切寻找可替代Pt作为对电极的催化剂。在过去几年的研究中发现了许多的可替代材料，如碳材料、合金材料、导电聚合物材料等，它们各有各的优缺点。如碳材料拥有优异的催化活性和耐腐蚀性能，但其在FTO玻璃上的附着能力较差，会造成DSSCs短路。

根据已有的报道，过渡金属硫化物、硒化物如CoS₂、Co₃S₄、FeS、FeS₂、NiS、NiSe₂、CoSe₂，特别是那些拥有中空结构的过渡金属硫化物、硒化物表现出优异的电化学性能。这是由于三维中空结构纳米材料具有三维开放结构，纳米粒子尺寸小，比表面积大，结构的稳定性好等特点所决定的。因此，拥有三维中空结构的过渡金属硫化物、硒化物催化剂有望成为DSSCs对电极中Pt的替代品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高性能的三维中空硒硫化镍纳米框催化剂的制备方法，以取代DSSCs对电极中常用的Pt催化剂。其方法操作简单、成本低且制备的硒硫化镍纳米框催化剂拥有优异的电化学性能及纳米粒子尺寸小、比表面积大、结构稳定等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三维中空硒硫化镍纳米框催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

1）将镍钴类普鲁士蓝纳米立方体Ni₃[Co(CN)₆]₂·12H₂O（Ni-Co PBA）与Na₂S·9H₂O分散于乙醇和水的混合溶剂中，120~160 ℃下溶剂热反应6 h后，离心，干燥，得到三维中空硫化镍纳米框架；

2）将所得硫化镍纳米框架与硒粉分散于去离子水中，加入一定量水合联氨，160℃下溶剂热反应6~20 h后，离心，干燥，得到所述三维中空硒硫化镍纳米框。