[发明专利]一种金属硫化物的制备方法及应用

说明书

本发明提出了一种金属硫化物的制备方法，该方法首先配制金属源溶液和硫源溶液，再将金属源溶液与硫源溶液按照质量比1:1混合均匀得到前驱液，依次采用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗导电基底15±5分钟备用，将前驱液滴涂在导电基底上干燥后形成一层膜，然后退火合成金属硫化物。采用本发明方法制备的硫化镍对电极上的硫化镍与导电基底的黏附性较好，降低了电子传输的阻力；而且制作过程操作简单，耗时短，耗材少；将硫化镍对电极应用于DSSC中，展现了比铂电极更好的光电性能。

技术领域

本发明涉及一种金属硫化物的制备方法及应用，具体的说是一种金属硫化物的简单制备方法及其在染料敏化太阳能电池和电解水制氢中的应用，属于光电器件技术领域。

背景技术

众所周知，太阳能是一种清洁、高效、方便、取之不尽的能源，因此太阳能电池的研究受到了广泛的关注。染料敏化太阳能电池(DSSC)作为一种新型的太阳能电池，以其成本低、制作简单、环境友好、转换效率高等优点，受到了广泛关注。自1991年瑞士的Grätzel等人将DSSC器件的光电转换效率做到7.1%以来，DSSC的研究有了众多突破。一般，DSSC器件由染料敏化的二氧化钛光阳极、电解质和对电极组成。其中对电极作为DSSC中重要的一部分，具有收集外电路电子和促进氧化还原反应的作用。对电极材料的要求是导电率高、电催化活性高、化学稳定性好。金属铂(Pt)薄膜作为常用的优秀的对电极材料使DSSC具有较高的短路电流、开路电压和填充因子。但是，Pt电极是贵金属，成本高，难以大批量生产，并且电解质对Pt有一定程度的腐蚀作用，会影响电池效率。因此需要采用其他的材料代替金属Pt。据了解，常见的对电极替换材料有碳化物、氧化物、有机物及无机金属化合物等。

在上述替换材料中，过渡金属硫化物是一类较为优异的对电极材料。在DSSC对电极、电催化水电解等方向做了众多研究，证明过渡金属硫化物有优异的电催化效果及优异的光电性能。例如，硫化钴与碳纳米纤维的混合物做对电极，使得DSSC器件的光电转换效率达到了9.23%，高于铂电极的8.28%；硫化铁对电极获得了8.88%的平均光电转换效率，是铂电极的1.15倍。其中，硫化镍作为一种过渡金属硫化物同样具有优异的性能，迄今为止，也做了不少的研究。例如，采用电泳沉积的方法在FTO玻璃上沉积硫化镍薄膜，干燥后得到硫化镍对电极，获得了9.65%的光电转换效率，远高于Pt的8.12%的光电转换效率；利用水热法合成硫化镍，再将硫化镍与乙醇的混合悬浊液通过刮涂的方法使其附着在FTO玻璃上制成对电极，获得了7.39%的光电转换效率，高于商用铂对电极的7.06%的光电转换效率。目前，合成硫化镍的方法主要有以下两种：一种是在前驱溶液中，采用电镀沉积的方法，在FTO玻璃上沉积硫化镍薄膜，得到硫化镍对电极；另一种是水热法，在反应釜中合成硫化镍粉末，再通过刮涂等方法制作对电极，或在FTO上直接生长硫化镍的方法制成对电极，将制作好的对电极应用于DSSC中，取得了与铂电极相当或优于铂电极的光电转换效率。这表明硫化镍在做DSSC对电极方面具有较好的应用前景。但是上述方法制作过程相对耗时，工艺复杂，浪费原材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种简单快速的金属硫化物制备方法，同时给出了金属硫化物的应用，采用低浓度、低能耗、在空气中退火的方式制作金属硫化物对电极。

本发明提供一种金属硫化物的制备方法，包括以下步骤：

第一步、配制金属源溶液，将金属源加入到溶剂中，混合均匀得到金属源溶液；

第二步、配制硫源溶液，将硫源加入到溶剂中，得到硫源溶液；

第三步、将金属源溶液与硫源溶液按照质量比1:1混合均匀，得到前驱液；

第四步、依次采用去离子水、丙酮、乙醇清洗导电基底15±5分钟，备用；

第五步、将前驱液滴涂在导电基底上，干燥后形成一层膜，然后退火合成金属硫化物。