一種超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉(zhuǎn)入含有導(dǎo)電玻璃的水熱反應(yīng)釜中，然后于120?150℃水熱反應(yīng)30?60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片；將硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟內(nèi)，再將表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，然后將瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入保護(hù)氣，于450℃反應(yīng)1?3h后得到超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。本發(fā)明制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列具有較大的比表面積并提供了良好的電子傳輸孔道，因而表現(xiàn)出良好的電化學(xué)特性和催化性能，能夠很好地應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽能電池的對電極。
【專利說明】
一種超薄菱形截面硫砸化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]太陽能具有廉價、無污染和運(yùn)行安全等特點(diǎn)，并且取之不盡用之不竭，因此成為最具開發(fā)潛力的新能源之一。而量子點(diǎn)敏化太陽能電池作為第三代高效太陽能電池，具有成本低廉、制作簡單和理論效率較高的優(yōu)點(diǎn)，成為目前新能源領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。
[0003]過渡金屬的硫硒三元復(fù)合物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出優(yōu)異的物理特性和化學(xué)特性，同時兼具金屬硫化物和金屬硒化物的雙重優(yōu)越性，使其具有廣泛的應(yīng)用前景。目前合成硫硒三元復(fù)合物的方法主要有高溫?zé)岱纸夥?、溶劑熱合成法和模板法，然而這些合成方法普遍存在工藝復(fù)雜、條件苛刻和產(chǎn)品性能不夠理想的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種成本低廉且工藝條件溫和的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，該方法制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列因其特殊的形貌使其較大的比表面積并且提供了良好的電子傳輸孔道，另外該方法制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列具有鏡面反射效應(yīng)，可以重復(fù)吸收透過光陽極的部分太陽光，提高了對太陽光的利用率。此外該對電極可以避免電解液對電極材料的腐蝕，提高光伏器件的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為:步驟(1)，表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片的制備，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉(zhuǎn)入含有導(dǎo)電玻璃的水熱反應(yīng)釜中，然后于120-150°C水熱反應(yīng)30-60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片；步驟(2)，超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備，將硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟內(nèi)，再將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，然后將瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入保護(hù)氣，于450°C反應(yīng)l_3h后將導(dǎo)電玻璃片取出并清洗干凈， 再置于真空干燥箱內(nèi)干燥得到超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(1)中硝酸鈷、氯化銨與尿素的摩爾比為1:2:5。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)中硒粉和硫粉的投料總質(zhì)量為lmmol硝酸鈷對應(yīng)硒粉和硫粉的總質(zhì)量為〇.16g，硒粉與硫粉的質(zhì)量比為1 -3:1。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)中的保護(hù)氣為氮?dú)饣驓鍤狻?br>[0009]進(jìn)一步優(yōu)選，步驟(2)得到的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列垂直于導(dǎo)電玻璃片生長且厚度為300-500nm〇
[0010]本發(fā)明制備方法簡單，反應(yīng)條件溫和，制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列具有較大的比表面積并提供了良好的電子傳輸孔道，因而表現(xiàn)出良好的電化學(xué)特性和催化性能，在量子點(diǎn)敏化太陽能電池中具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠很好地應(yīng)用于太陽能電池的對電極。【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的堿式碳酸鈷納米陣列的俯視掃描電鏡圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的俯視掃描電鏡圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的截面掃描電鏡圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]以下通過實(shí)施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不應(yīng)該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。[〇〇13] 實(shí)施例1(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中且該水熱反應(yīng)釜中放有導(dǎo)電玻璃(FT0)片，然后于120 °C水熱反應(yīng)30min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃(FT0) 片；(2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內(nèi)，其中硒粉與硫粉的質(zhì)量比為3:1，硒粉與硫粉的總質(zhì)量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，將該瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入氬氣，于450°C反應(yīng)lh后將導(dǎo)電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內(nèi)干燥，最后得到硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。
[0014]圖1為本實(shí)施例制得的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片的俯視掃描電鏡圖， 由圖可知通過步驟(1)制得了高密度、尺寸均一、表面光滑的菱形堿式碳酸鈷的納米棒狀陣列。
[0015]圖2為本實(shí)施例制得的表面覆蓋有硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的導(dǎo)電玻璃片的俯視掃描電鏡圖，由圖可知通過步驟(2)制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列仍保持有菱形截面，且菱形截面表面粗糙，顆粒尺寸變小。
[0016]圖3為本實(shí)施例制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的截面掃描圖，從圖中可以看到，該硫硒化鈷復(fù)合納米陣列垂直于導(dǎo)電玻璃片生長且厚度約為300-500nm。[〇〇17]將該硫硒化鈷復(fù)合納米陣列用于量子點(diǎn)敏化太陽能電池對電極，與用黃銅片作對電極的電池比較。用黃銅片作為太陽能電池的對電極開路電壓、短路電流、填充因子和效率分別為〇.576V、13.87mA/cm2、0.543和4.34%，而用本實(shí)施例制得的硫硒化鈷復(fù)合納米陣列作為太陽能電池的對電極開路電壓、短路電流、填充因子和效率分別為0.578V、14.84mA/ cm2、0.499和4.28%，這說明制備的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列由于其較大的比表面積和良好的電子傳輸通道，有利于電子的快速傳輸，從而具有較低的復(fù)合電阻，表現(xiàn)出了良好的催化活性，達(dá)到了與傳統(tǒng)銅片電極相當(dāng)?shù)男阅?。此外，由于該硫硒化鈷?fù)合納米陣列，可以避免解液與電極材料的腐蝕反應(yīng)，提高了其性能穩(wěn)定性。[〇〇18] 實(shí)施例2(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中且該水熱反應(yīng)釜中放有導(dǎo)電玻璃(FTO)片，然后于120 °C水熱反應(yīng)lh，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃(FT0)片； (2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內(nèi)，其中硒粉與硫粉的質(zhì)量比為1:1，硒粉與硫粉的總質(zhì)量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，將該瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入氮?dú)?，?50°C反應(yīng)lh后將導(dǎo)電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內(nèi)干燥，最后得到硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。
[0019]實(shí)施例3(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中且該水熱反應(yīng)釜中放有導(dǎo)電玻璃(FT0)片，然后于150 °C水熱反應(yīng)30min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃(FT0) 片；(2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內(nèi)，其中硒粉與硫粉的質(zhì)量比為1:1，硒粉與硫粉的總質(zhì)量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，將該瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入氬氣，于450°C反應(yīng)3h后將導(dǎo)電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內(nèi)干燥，最后得到硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。
[0020]以上實(shí)施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)均落入本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為:步驟(1)，表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片的制備，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉(zhuǎn)入含有導(dǎo)電玻璃的水熱反應(yīng)釜中，然后于120-150°C水熱反應(yīng)30-60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復(fù)沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的 導(dǎo)電玻璃片；步驟(2)，超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備，將硒粉和硫粉充分研磨混合后 置于瓷舟內(nèi)，再將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導(dǎo)電玻璃片置于瓷舟內(nèi)，然后將 瓷舟置于管式爐內(nèi)并繼續(xù)通入保護(hù)氣，于450°C反應(yīng)l_3h后將導(dǎo)電玻璃片取出并清洗干凈， 再置于真空干燥箱內(nèi)干燥得到超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(1)中硝酸鈷、氯化銨與尿素的摩爾比為1:2:5。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)中硒粉和硫粉的投料總質(zhì)量為lmmol硝酸鈷對應(yīng)硒粉和硫粉的總質(zhì)量為0.16g， 硒粉與硫粉的質(zhì)量比為1_3:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)中的保護(hù)氣為氮?dú)饣驓鍤狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)得到的超薄菱形截面硫硒化鈷復(fù)合納米陣列垂直于導(dǎo)電玻璃片生長且厚度為 300_500nm〇
【文檔編號】H01G9/20GK105977033SQ201610417520
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】武大鵬, 王紅菊, 高志永, 馬超, 徐芳, 常玖利, 蔣凱
【申請人】河南師范大學(xué)