復合物、制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種滲氮碳微球制備方法，尤其設及的是一種滲氮碳微球負載MoS2復 合物、制備方法及應用。
【背景技術】
[0002] 氮滲雜的碳材料由于其良好的電化學性能被大量引入染料敏化太陽能電池之中， 氮滲雜碳材料能夠改善對電極性能，主要有兩個原因：一是氮滲雜會在碳材料中引入大量 的缺陷，運些缺陷可W為氧化還原對的還原反應提供更多的活性位點，從而改善化學活性， 提高其催化性能；另外，氮原子的滲雜能夠改變碳材料電子結構，減少內(nèi)部電阻，可W有效 率提高碳材料的導電能力。最近，多種氮滲雜碳材料，如碳纖維、碳納米管和石墨締等被報 道應用于染料敏化太陽能電池對電極中，而且電化學性能均得到了改善。M.Y. Yen, C.K.Hsieh,C.C.Teng,et al.Metal-free,nitrogen-doped graphene used as a novel catalyst for dye-sensitized solar cell counter electrodes[J].RSC Adv.,2012,2 (7): 2725-2728。Yen等合成了氮滲雜的石墨締對電極，電池效率達到4.75 %。S. F. Wang， Κ.Κ.Rao,Τ.C. Yang,et al. Investigation of nitrogen doped diamond like carbon films as counter electrodes in dye sensitized solar cells[J].J.Alloys Compel., 2011,509(5) :1969-1974DWang等采用氮滲雜鉆石型碳材料薄膜作為電池的對電極使用，獲 得了3.35%的電池效率。S.Hou,X.Cai,H.Wu,etal.化t;rogen-dopedgra地enefordye-sensitized solar cells and the role of nitrogen states in triiodide reduction [J] .Energy Environ.Sci. ,2013,6(11) :3356-3362?；?1 等將氮元素滲雜進石墨締后，提高 了其電催化能力和導電能力，電池效率從4.0%提升至5.4%。
[0003] 但是具有多種優(yōu)勢的滲氮碳微球材料暫時還鮮有將其復合MoS2并應用于染料敏 化太陽能電池的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種滲氮碳微球負載MoS2復合 物、制備方法及應用，能夠將其用于染料敏化太陽能電池，提高電池光電轉換效率。
[0005] 本發(fā)明是通過W下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括W下步驟：
[0006] (1)微波法制備碳微球
[0007] (11)將薦糖和濃硫酸溶于乙二醇與水的混合溶劑并攬拌均勻；
[000引（12)取混合溶液放入微波管中，在微波反應器中反應；
[0009] (13)將反應所得產(chǎn)物離屯、洗涂，干燥；
[0010] (14)將干燥所得產(chǎn)物研磨成粉末后放于氨氣氣氛管式爐中般燒，在500~900°C下 處理得到滲氮碳微球；
[0011] (2)制備滲氮碳微球負載MoS2
[0012] (21)將制備的滲氮碳微球超聲分散至憐鋼酸溶液中；
[0013] (22)加入硫代乙酷胺并攬拌至均勻；
[0014] (23)取上述溶液至微波反應器中進行反應；
[001引（24)將反應后得到的產(chǎn)物離屯、、洗涂后，真空干燥，化/出氣氛下700~900°C熱處 理，得到滲氮碳微球負載MoS2。
[0016] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟（11)中，所述薦糖和濃硫酸的摩爾比為1: 1，乙二醇和水的混合溶劑的濃度為4:6v/v。
[0017] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，取混合溶液20mL放入35mL微波管中，在微波反應器 中反應，最大功率100W，反應時間lOmin，溫度160°C。
[0018] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟（13)中，干燥工藝為:60~100°C干燥20~ 30小時。
[0019] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟（14)中，所述般燒工藝為:升溫速率每分鐘 升高5°C，500~900°C下處理1.5~2.5個小時。
[0020] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(21)中，所述步驟(21)中，制備20mmol/L的 憐鋼酸溶液lOOmL，并調(diào)節(jié)其PH到6.8后，將制備的滲氮碳微球按0~16〇111肖分別超聲分散至 溶液中，得到MoS2 : C不同質(zhì)量比的混合液。
[0021] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(24)中，在120°C下真空干燥10~15小時， 化/出氣氛下700~900°C熱處理1.5~2.5個小時。
[0022] 一種利用所述的滲氮碳微球負載MoS2復合物的制備方法制備對電極的方法，包括 W下步驟：
[0023] (31)將合成的滲氮碳微球負載MoS2、聚偏二氣乙締和炭黑在N-甲基化咯燒酬溶劑 中混合研磨成溶液；
[0024] (32)采用滴涂法制備對電極；
[0025] (33)然后放入真空干燥箱內(nèi)干燥，得到滲氮碳微球負載MoS2對電極。
[0026] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(31)中，滲氮碳微球負載MoS2、聚偏二氣乙 締和炭黑的質(zhì)量比為8:1:1。
[0027] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(32)中，將洗凈的FT0玻璃加熱到100°C，滴 上步驟(32)的溶液并待其干燥。
[00%]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(33)中，在120°C干燥12小時。
[0029] 如所述的制備方法制得的滲氮碳微球負載MoS2對電極。
[0030] 如所述的滲氮碳微球負載MoS2對電極在染料敏化太陽能電池中的應用。
[0031] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有W下優(yōu)點:本發(fā)明將滲氮碳微球制成薄膜并作為對電極 應用于染料敏化太陽能電池中，優(yōu)化碳微球的氨氣熱處理溫度。結果表明，當氨氣熱處理溫 度為900°C時，由于NCS900較高的表面積和豐富的氮滲位點，基于此對電極的電池效率達到 5.9 %。將NCS900與MoS2復合物制備成對電極應用于染料敏化太陽能電池，優(yōu)化滲氮碳微球 含量對電池性能的影響。結果表明，當硫化鋼與碳質(zhì)量比為4:1時，即MSNC-4:1對電極的性 能最佳，運種比例下復合電極可W最好的發(fā)揮其導電能力和催化能力，電池效率可達 6.2%。
【附圖說明】
[0032]圖 1 是NCS900 的 FESEM照片；
[00削圖視；種滲氮碳微球的邸姻譜；
[0034] 圖3是NCS500、NCS700、NCS900和Pt電極的循環(huán)伏安曲線；
[0035] 圖4是基于滲氮碳微球對電極和Pt對電極電池的EIS圖譜，插圖為等效電路圖；
[0036] 圖5是MSC-4:1的FE沈Μ照片；
[0037] 圖 6 是MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1 和MoS2 的X畑圖譜；
[003引圖7是MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt電極的循環(huán)伏安曲線；
[0039] 圖8是基于MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt對電極電池的EIS圖譜，插圖 為等效電路圖；
[0040] 圖9是基于MSNC-6 :1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt對電極的染料敏化太陽能電 池的J-V曲線。
【具體實施方式】
[0041] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在W本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。
[0042] 實施例1
[0043] 本實施例采用微波法制備碳微球，具體方法如下：
[0044] 取20.538g薦糖、6g濃硫酸溶于乙二醇與水的混合溶劑（4:6v/v)并攬拌均勻。取 20血上述溶液放入35mL微波管中，并置于微波反應器化邱lorer48，CEM Co.)中，設置條件： 最大功率100W，反應時間lOmin，溫度160°C。將反應所得產(chǎn)物離屯、洗涂，80°C干燥24小時。最 后，將干燥所得產(chǎn)物研磨成粉末后放于氨氣氣氛管式爐中般燒，升溫速率每分鐘5°C，分別 在500、700W及900°C下處理兩個小時得到滲氮碳微球，并命名為NCS500、NCS700和NCS900。 在熱處理過程中發(fā)現(xiàn)，當溫度超過900°C時，碳微球被氨氣劇烈腐蝕，產(chǎn)量極低，不能對熱處 理溫度做進一步的提高。
[0045] 采用絲網(wǎng)印刷法制備滲氮碳微球對電極。即將滲氮碳微球研磨成漿料后，使用絲 網(wǎng)印刷法將漿料刷在FT0上，最后在馬弗爐中400°C燒結30min，得到滲氮碳微球對電極。同 時制備了傳統(tǒng)Pt對電極作為對比。
[0046] 如圖1所示，采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(陽沈MJE0L JSM-LV5610)表征滲氮碳微 球的形貌。經(jīng)過氨氣熱處理過的滲氮碳微球依然保持球形并且尺寸均一，平均直徑化m左 右。滲氮碳微球的表面有一定程度的粗糖紋理，運種粗糖的表面會形成活性位點從而有利 于13-的擴散。NCS500、NCS700和NCS900的比表面積由化unauer-Emmett-Teller(肥T)方法測 得，分別為96,447and 1630m2g-i，隨著處理溫度的上升，滲氮碳微球的比表面積上升明顯。 對于對電極而言，大的比表面積可W提供更多電極/電解液接觸界面，有利于氧化還原與電 子對快速反應，從而加強電池的整體性能。
[0047] 如圖2所示，圖2是Ξ種滲氮碳微球的XRD圖譜，滲雜氮元素的碳微球依舊表現(xiàn)出無 定型碳的特征峰，即分別在24°和44°的兩個寬峰，分別對應著C(002)和（100)面。隨著熱處 理溫度的提高，（002)所對應峰值進會增加，運說明滲氮碳微球的碳化程度會隨著溫度升高 而加強。
[0048] 如圖3所示，由循環(huán)伏安圖譜可W看出，每個對電極的循環(huán)伏安曲線都有兩個氧