[发明专利]一种中空双棱锥结构四元硫化镍铁钼对电极催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种中空双棱锥结构四元硫化镍铁钼对电极催化剂的制备方法，并将其应用于染料敏化太阳能电池的对电极中，属于材料制备领域。先制备出枣核形MIL‑88A前驱体，再利用六水合硝酸镍和尿素对前驱体进行刻蚀处理，形成中空双棱锥结构的Ni‑Fe LDH，最后再利用四硫代钼酸铵进行硫化处理，得到中空双棱锥结构四元Ni‑FeMoS_x催化剂。本发明制备催化剂的原料廉价易得，工艺过程简单易操作，可适用于规模生产。此方法制备的催化剂比表面积大，稳定性好，具有良好的多元素协同效应以及优异的电催化性能。将制备的中空双棱锥结构四元Ni‑FeMoS_x催化剂对电极用于染料敏化太阳能电池，其光电转化效率达到9.41％。

技术领域

本发明属于材料制备与电化学领域，具体涉及一种中空双棱锥结构四元Ni-FeMoS_x催化剂的制备方法，以及该催化剂在染料敏化电池领域的应用。

背景技术

目前，随着石油、煤炭、天然气等不可再生化石能源的不断消耗，能源危机问题日益严峻，开发可再生的绿色能源已然刻不容缓。现阶段各国主要致力于太阳能、风能、生物质能、地热能及核能的开发，而其中太阳能在所有清洁能源中的利用潜能最大。地球表面每年接收的太阳辐射能相当于130万亿吨标准煤燃烧的能量，而且太阳能具有普遍性，无需考虑运输，也没有地域利用的限制。太阳能的诸多优点使其成为新能源前沿的研究热点，高效利用太阳能可使我们的社会进入能源环保新时代。

Grätzel等人在1991年首次创新性地提出了新型钌配合物染料，组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。1998年，Grätzel等人又制成全固态电池，DSSC电池就此迈入新的阶段。DSSC由三个部分组成类似三明治的结构:对电极、电解质和负载染料的TiO₂光阳极。在DSSC中，对电极起着催化氧化还原电对的作用，通常都用贵金属Pt作为催化剂。但是Pt储量稀少，价格昂贵，无法进行大规模生产，亟待寻求一种价格低廉，催化性能较好的非贵金属催化剂。在二十世纪末，Kay等人发现了碳催化材料的优良催化性，效率接近6.70%，但是碳材料不透光的缺点阻碍了其进一步发展。Zhang等利用导电聚合物（聚苯胺）与银溶液中制成聚苯胺-树枝状银复合材料，导电聚合物（吡咯）与金/银制成了Au/Ag-PPy并得到了8.40%的转换效率，显示了复合材料的优越性。

经过对各种材料的对比发现，过渡金属硫属化合物(TMCs)，如FeS₂、NiS₂、CoS₂、WS₂等，由于其优异的电导率、丰富的储量和出色的氧化还原能力引起了人们的关注。但是单独一种化合物普遍导电率差，结构不稳定，因此研究者们采用掺杂多元素、设计内部结构的方法来改进催化剂的性能。由此，本发明设计制备了具有中空结构的四元Ni-FeMoS_x催化剂，具有较大的比表面积和优异的电催化性能，很有希望成为贵金属Pt催化剂的替代品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成工艺简单，催化性能高的中空双棱锥结构四元Ni-FeMoS_x催化剂制备方法，用以取代DSSC中贵金属Pt催化剂。此方法合成出的催化剂形貌大小均一，比表面积大且催化活性高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中空双棱锥结构四元Ni-FeMoS_x催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将六水合氯化铁和富马酸按一定比例溶解在DMF中，在室温条件下搅拌均匀充分溶解后，得到澄清的橙黄色溶液；再溶液转移至油浴中反应一段时间后得到枣核形MIL-88A前驱体；

2)将MIL-88A前驱体超声分散在乙醇中，将六水合硝酸镍和尿素溶解在水中，之后再将两种溶液混合搅拌均匀，放入水热釜中进行水热反应，制得中空双棱锥结构的Ni-FeLDH；