石墨烯掺杂于染料敏化太阳能电池的阳极材料及其制法和应用

摘要

石墨烯掺杂于染料敏化太阳能电池的阳极材料及其制法和应用，染料敏化太阳能电池领域，将氧化石墨烯分散在陶瓷电纺溶液纺，再对纤维中的氧化石墨烯进行化学还原，得到掺杂有石墨烯的陶瓷纤维结构阳极材料，它具有更高的催化活性和稳定性。同时选用光电性能更加优越的石墨烯代替现有的ITO、FTO作为阳极导电基底。在电极中，石墨烯基作为电极材料，又作为基底导电层，增强了光阳极内部的协同作用。将此类兼具高比表面积和优良电子传输性能的阳极材料组装成染料敏化太阳能电池，利用电催化技术处理工业高浓度有机废水，可望解决电催化处理高浓度有机废水能耗过高、催化效率低、成本高等问题。

主权项

石墨烯掺杂于染料敏化太阳能电池的阳极材料，其特征在于由以下步骤制备而得：a.采用共纺法制备一维石墨烯/二氧化钛纳米复合纤维，氧化石墨烯的添加量为15wt%，烧结温度为600℃，时间为3h：首先，将1.5mL 1g/L氧化石墨烯乙醇溶液注入到二氧化钛纺丝前驱体溶液中，其中前驱体溶液由：质量浓度98%的2.5mL钛酸异丙酯溶液、Mw ≈ 1.3×10⁶的0.3g聚乙烯吡咯烷酮、3mL无水乙醇和3mL冰醋酸；采用静电纺丝法制备石墨烯掺杂的二氧化钛复合纳米纤维；电纺静电压为16kV，微量进样器流速为0.2mL/h，电纺温度为20℃，湿度为20%；其次，将所得复合纳米纤维在氮气中600℃烧结3h，超声分散于无水乙醇中，得到一维石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维；b.采用旋涂法将氧化石墨烯水溶液涂于洁净的石英片表面，将所得氧化石墨烯基底在室温下晾干，并在氮气保护条件下450℃烧结2h，对氧化石墨烯进行热分解，得到石墨烯导电基底，氧化石墨烯水溶液的浓度为10g/L，旋涂速度为50r/min，旋涂时间为20min，程序升温速率为3℃/min；c.将所得一维石墨烯/二氧化钛复合纳米纤维混入P25二氧化钛光阳极中，掺杂比例为2.5 wt %，采用静电喷雾喷涂在石墨烯导电基底表面，电喷速度为0.05 mL/h，针头施加静电高压为5kV，针头与基底导电面距离为3cm，喷涂时间为10min后，在惰性气体600℃条件下共烧结，得到掺杂有石墨烯的染料敏化太阳能电池阳极材料。