CN110739155B - 一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110739155B CN110739155B CN201910905473.9A CN201910905473A CN110739155B CN 110739155 B CN110739155 B CN 110739155B CN 201910905473 A CN201910905473 A CN 201910905473A CN 110739155 B CN110739155 B CN 110739155B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- composite film
- nickel sulfide
- graphene composite
- ethyl alcohol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 101
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 57
- WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenenickel Chemical compound [Ni]=S WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 18
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 11
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 11
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 11
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 11
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003995 emulsifying agent Substances 0.000 claims description 7
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 48
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 transition metal sulfide Chemical class 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于复合薄膜材料领域，公开了一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。该复合薄膜采用印刷法将石墨烯浆料印在预处理FTO导电玻璃的表面上并在100～150℃热处理，在100～150℃进行固化，再在300～400℃下退火，然后将制得附有石墨烯薄膜的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，在搅拌下加入氨水在15～20℃反应，取出FTO玻璃洗涤后在300～400℃下退火，然后将制得的氧化镍/石墨烯复合薄膜和硫化钠溶液在70～100℃进行水热反应，经洗涤和干燥后，在石墨烯薄膜表面上合成硫化镍制得。本发明的硫化镍/石墨烯复合薄膜物相均匀，纯度较高且具有优异的催化性能，可应用于染料敏化太阳能电池的对电极中。
Description
技术领域
本发明属于复合薄膜材料技术领域，更具体地，涉及一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
能源作为现代社会发展的三大支柱之一，是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障，是制约着国家经济发展的瓶颈。随着人类社会的进一步发展，对能源的需求不断提高，就此引发的能源危机和环境污染成为当今社会的突出矛盾，促使人类迫切的寻找和开发清洁新能源。在当今开发的新能源中，太阳能取之不尽、用之不竭，清洁无污染。染料敏化太阳能电池(DSSC)可将太阳能直接转换为电能，且具有转换效率高，制造能耗少，成本低，无污染等优点，成为人们研究的热点。
DSSC主要由光阳极，染料，电解液，对电极四部分组成。其中，对电极是DSSC的一个重要组成部分，它的性能将极大的影响着电池的效率。铂作为传统对电极材料，它同时具有良好的催化活性和较高的电导率，是一种较为理想的催化剂材料。但铂昂贵的价格限制了DSSC的商业化大规模生产。所以，开发高效低成本对电极催化材料来代替铂成为近年来的研究热点。
目前，铂的替代材料主要有碳材料，过渡金属化合物，高分子导电聚合物以及复合材料。其中，过渡金属硫化物制备简单，成本低廉，具有较高的稳定性和催化活性，有望取代铂应用于DSSC的对电极中。但是过渡金属硫化物的导电性较差，制约了其催化性能。石墨烯具有优越的导电性和化学稳定性，能有效弥补硫化物的缺陷。因此，硫化物/石墨烯复合对电极材料的研究工作备受瞩目。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种硫化镍/石墨烯复合薄膜。本发明制备的硫化镍/石墨烯复合薄膜将二者的优点结合在一起，同时具有石墨烯的高电子传输性能、高比表面积以及金属硫化物优越的催化性能，是一种很有应用潜力的对电极材料。
本发明的另一目的在于提供上述硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述硫化镍/石墨烯复合薄膜的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种硫化镍/石墨烯复合薄膜，所述硫化镍/石墨烯复合薄膜是采用印刷法将石墨烯浆料印在预处理FTO导电玻璃的表面上并在100～150℃热处理，然后在100～150℃进行固化，再在300～400℃下退火制备石墨烯薄膜，然后将附有石墨烯薄膜的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌下加入氨水在15～20℃进行反应，取出FTO玻璃洗涤后在300～400℃下退火，得到氧化镍/石墨烯复合薄膜，然后将氧化镍/石墨烯复合薄膜和硫化钠溶液在70～100℃进行水热反应，经洗涤和干燥后，在石墨烯薄膜表面上合成硫化镍制得。
优选地，所述的预处理过程为先依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗FTO玻璃，再用氮气吹干。
优选地，所述石墨烯浆料的制备为：将松油醇的无水乙醇溶液加入到乙基纤维素的无水乙醇中，得到混合溶液，然后再将石墨烯加入到混合溶液中，在50～70℃下水浴加热至无水乙醇完全蒸发，再加入乙酰丙酮和OP乳化剂。
更为优选地，所述松油醇的无水乙醇溶液中松油醇和无水乙醇的质量比为1：(0.8～1.2)，所述乙基纤维素的无水乙醇中乙基纤维素和无水乙醇的质量比为1：(7～10)，所述松油醇的无水乙醇溶液和乙基纤维素的无水乙醇的质量比为1：(1.5～2.5)，所述石墨烯和混合溶液的质量比为1：(270～280)；所述石墨烯的质量、乙酰丙酮的体积和OP乳化剂的体积比为0.1g：(0.5～1)mL：(0.5～1)mL。
优选地，所述热处理的时间为8～25min；所述固化的时间为1.5～25min；所述第一次在300～400℃下退火的时间为2～60min，所述第二次在300～400℃下退火的时间为3～80min；所述在70～100℃水热反应的时间为4～80min；所述在15～20℃反应的时间为1～40min。
优选地，所述硫化钠溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。
优选地，所述前驱液为硫酸镍、过硫酸钠和去离子水的混合溶液。
更为优选地，所述硫酸镍的摩尔、过硫酸钠的摩尔和去离子水的体积比为(0.01～0.03)mol：(0.05～0.15)mol：(50～150)mL。
所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，包括如下具体步骤：
S1.采用印刷法将石墨烯浆料在FTO导电玻璃的预处理表面上在100～150℃热处理，然后在100～150℃进行固化，再在300～400℃下退火制备石墨烯薄膜；
S2.将附有石墨烯薄膜的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌下加入氨水在15～20℃进行反应，取出FTO玻璃洗涤后在300～400℃下退火，得到氧化镍/石墨烯复合薄膜；
S3.将氧化镍/石墨烯复合薄膜和硫化钠溶液置于反应釜中，在70～100℃反应，经洗涤和干燥后，在石墨烯薄膜表面上合成硫化镍，制得硫化镍/石墨烯复合薄膜。
所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜在染料敏化太阳能对电极中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在FTO导电玻璃上制备的硫化镍/石墨烯复合薄膜具有优异的催化性能，这是由于氧化还原石墨烯的高导电性好的和高比表面积，其与硫化镍的高催化特性结合在一起，是一种很有应用潜力的对电极材料，可以直接用于染料敏化太阳能电池的对电极，代替传统的铂对电极，降低染料敏化太阳能电池的成本，有利于产业化大规模生产。
2.本发明所制备得到的硫化镍/石墨烯复合薄膜物相均匀且纯度较高。
3.本发明的制备工艺简单、生产成本低廉，可直接得到物相均匀、纯度较高的产物。
附图说明
图1为实施例1制得的石墨烯薄膜的SEM照片；
图2为实施例1制得的硫化镍/石墨烯复合薄膜的SEM照片；
图3为实施例1制得的硫化镍/石墨烯复合薄膜的XRD图；
图4为基于实施例1制备硫化镍/石墨烯复合薄膜对电极及Pt对电极的DSSC的J-V曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
1.FTO导电玻璃的清洗：将FTO玻璃放置在带清洗架的烧杯中，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min，清洗结束后用洁净的镊子把FTO玻璃取出并用氮气吹干；
2.制备石墨烯浆料：先将0.9g乙基纤维素溶解在8.1g无水乙醇中，搅拌均匀，再依次添加9.6g松油醇和9.2g无水乙醇，充分搅拌。然后边搅拌边缓慢加入球磨后的0.1g石墨烯。接着进行磁力搅拌、超声分散各20min，并交替循环3-5次。接下来在50℃恒温水浴中搅拌至无水乙醇完全蒸发。再依次加入0.6mL乙酰丙酮和0.6mL OP乳化剂，常温下充分搅拌均匀，即得到石墨烯浆料。
3.将步骤2的浆料通过丝网印刷机印刷在干净的FTO导电玻璃上，每印刷一层静置6min，在120℃干燥箱中热处理10min，如此反复印刷3次，第4次印刷后在150℃下保持20min进行固化处理；然后在马弗炉中350℃下退火30min，即得到以FTO为衬底的石墨烯薄膜。
4.先取5g硫酸镍，1g过硫酸钠和100mL去离子水混合均匀制备化学浴的前驱液，将溶液始终控制在20℃左右，再将步骤3的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌状态下快速加入5mL氨水进行反应，8min后取出FTO玻璃用去离子水洗涤，最后在马弗炉中350℃下退火1h，即得到氧化镍/石墨烯复合薄膜。
5.将步骤4中得到的氧化镍/石墨烯复合薄膜与0.1mol/L硫化钠溶液一同置于反应釜中，在干燥箱中90℃下保持5h，反应后用去离子水冲洗，并用氮气干燥，得到硫化镍/石墨烯(NiS/rGO)复合薄膜。
将所得硫化镍/石墨烯复合薄膜与Pt电极分别按照常规技术组装染料敏化太阳能电池，进行光电性能测试，结果如表1所示。从表1中可知，NiS/rGO对电极的DSSC光伏性能非常优越，该测试表明基于NiS/rGO对电极的DSSC相比于Pt具有更高的短路电流，以及相近的填充因子和光电转换效率，NiS/rGO对电极具备非常优异的电催化活性和导电性。
表1本实施例所得的NiS/rGO以及Pt作为对电极的光电性能参数
图1为本实施例制得的石墨烯薄膜的SEM照片。从图1中可知，得到了由单层或少层石墨烯制备的石墨烯分层结构，这是由于有机溶剂在高温下挥发造成的。可见经过热处理后的石墨烯形成了互联结构，与基底有很好的接触。图2为本实施例制得的硫化镍/石墨烯复合薄膜的SEM照片；从图2中可知，超大比表面积的石墨烯为硫化镍提供了非常理想的原位生长环境，硫化镍呈网状分布在石墨烯支架上。图3为本实施例制得的硫化镍/石墨烯复合薄膜的XRD图；从图3中可知，在20～26°附近出峰为石墨烯的特征峰，在32.02°、46.05°、65.82°的衍射峰分别对应硫化镍的(300)(102)(201)晶面，其余是衬底FTO的峰，因此可知制备的纳米片薄膜样品就是硫化镍/石墨烯。图4为基于本实施例制得的硫化镍/石墨烯复合薄膜对电极及Pt对电极的DSSC的J-V曲线图。从图4中可知，基于NiS/rGO对电极的DSSC的光电转化效率曲线与Pt对电极的曲线近似重合，可以证明本方法制备的NiS/rGO对电极具有非常优异的电催化活性和导电性，是非常理想的DSSC对电极材料。
实施例2
1.FTO导电玻璃的清洗：将FTO玻璃放置在带清洗架的烧杯中，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min，清洗结束后用洁净的镊子把FTO玻璃取出并用氮气吹干；
2.制备氧化石墨烯浆料：先将0.9g乙基纤维素溶解在8.1g无水乙醇中，搅拌均匀，再依次添加9.6g松油醇和9.2g无水乙醇，充分搅拌。然后边搅拌边缓慢加入球磨后的0.1g石墨烯。接着进行磁力搅拌、超声分散各20min，并交替循环3-5次。接下来在50℃恒温水浴中搅拌至无水乙醇完全蒸发。再依次加入0.6mL乙酰丙酮和0.6mL OP乳化剂，常温下充分搅拌均匀，即得到石墨烯浆料。
3.将步骤2的浆料通过丝网印刷机印刷在干净的FTO导电玻璃上，每印刷一层静置6min，在120℃干燥箱中热处理10min，如此反复印刷3次，第4次印刷后在150℃下保持20min进行固化处理；然后在马弗炉中350℃下退火30min，即得到以FTO为衬底的石墨烯薄膜。
4.先取5g硫酸镍，1g过硫酸钠和100mL去离子水混合均匀制备化学浴的前驱液，将溶液始终控制在20℃左右，再将步骤3的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌状态下快速加入5mL氨水进行反应，6min后取出FTO玻璃用去离子水洗涤，最后在马弗炉中350℃下退火1h，即得到氧化镍/石墨烯复合薄膜。
5.将步骤4中得到的氧化镍/石墨烯复合薄膜与0.1mol/L硫化钠溶液一同置于反应釜中，在干燥箱中90℃下保持5h，反应后用去离子水冲洗，并用氮气干燥，得到硫化镍/石墨烯(NiS/rGO)复合薄膜。
将所得硫化镍/石墨烯复合薄膜与Pt电极分别按照常规技术组装成染料敏化太阳能电池，进行光电性能测试，结果如表2所示。从表2中可看出，NiS/rGO复合薄膜对电极组装的DSSC表现出优异的性能，其光电转化效率达到了3.78％，很接近Pt电极的3.95％。
表2本实施例所得的NiS/rGO以及Pt作为对电极的光电性能参数
| CE | V<sub>OC</sub>(V) | J<sub>SC</sub>(mA/cm<sup>2</sup>) | FF | PCE(％) |
| NiS/rGO(6min) | 0.630 | 10.06 | 0.57 | 3.78 |
| Pt | 0.708 | 10.60 | 0.53 | 3.95 |
实施例3
1.FTO导电玻璃的清洗：将FTO玻璃放置在带清洗架的烧杯中，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min，清洗结束后用洁净的镊子把FTO玻璃取出并用氮气吹干；
2.制备石墨烯浆料：先将0.9g乙基纤维素溶解在8.1g无水乙醇中，搅拌均匀，再依次添加9.6g松油醇和9.2g无水乙醇，充分搅拌。然后边搅拌边缓慢加入球磨后的0.1g石墨烯。接着进行磁力搅拌、超声分散各20min，并交替循环3-5次。接下来在50℃恒温水浴中搅拌至无水乙醇完全蒸发。再依次加入0.6mL乙酰丙酮和0.6mL OP乳化剂，常温下充分搅拌均匀，即得到石墨烯浆料。
3.将步骤2的浆料通过丝网印刷机印刷在干净的FTO导电玻璃上，每印刷一层静置6min，在120℃干燥箱中热处理10min，如此反复印刷3次，第4次印刷后在150℃下保持20min进行固化处理；然后在马弗炉中350℃下退火30min，即得到以FTO为衬底的石墨烯薄膜。
4.先取5g硫酸镍，1g过硫酸钠和100mL去离子水混合均匀制备化学浴的前驱液，将溶液始终控制在20℃左右，再将步骤3的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌状态下快速加入5mL氨水进行反应，20min后取出FTO玻璃用去离子水洗涤，最后在马弗炉中350℃下退火1h，得到氧化镍/石墨烯复合薄膜。
5.将步骤4中得到的氧化镍/石墨烯复合薄膜与0.1mol/L硫化钠溶液一同置于反应釜中，在干燥箱中90℃下保持5h，反应后用去离子水冲洗，并用氮气干燥，得到硫化镍/石墨烯复合薄膜。
将所得硫化镍/石墨烯复合薄膜与Pt电极分别按照常规技术组装染料敏化太阳能电池，进行光电性能测试，结果如表3所示。从表3中可看出，经过20min反应得到的NiS/rGO对电极组装的DSSC光电转换效率为2.76％，低于Pt电极的3.92％。可能是因为反应时间过长，导致薄膜的空隙过大、厚度增大。过大的空隙导致与电解液接触的表面积减少且较厚的薄膜使电阻增大，不利于电子传输，严重影响电解质的扩散，导致能量转换效率从而相对低一点。因此，反应时间的控制对硫化镍/石墨烯复合薄膜的性能有较大的影响。
表3本实施例所得的NiS/rGO以及Pt作为对电极的光电性能参数
| CE | V<sub>OC</sub>(V) | J<sub>SC</sub>(mA/cm<sup>2</sup>) | FF | PCE(％) |
| NiS/rGO(20min) | 0.638 | 9.99 | 0.43 | 2.76 |
| Pt | 0.663 | 10.16 | 0.70 | 3.92 |
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.采用印刷法将石墨烯浆料在FTO导电玻璃的预处理表面上在100～150℃热处理，然后在100～150℃进行固化，再在300～400℃下退火制备石墨烯薄膜；
S2.将附有石墨烯薄膜的FTO玻璃垂直浸入前驱液中，然后在搅拌下加入氨水在15～20℃进行反应，取出FTO玻璃洗涤后在300～400℃下退火，得到氧化镍/石墨烯复合薄膜；所述前驱液为硫酸镍、过硫酸钠和去离子水的混合溶液；所述硫酸镍的摩尔、过硫酸钠的摩尔和去离子水的体积比为(0.01～0.03)mol：(0.05～0.15)mol：(50～150)mL；
S3.将氧化镍/石墨烯复合薄膜和硫化钠溶液置于反应釜中，在70～100℃反应，经洗涤和干燥后，在石墨烯薄膜表面上合成硫化镍，制得硫化镍/石墨烯复合薄膜；所述硫化钠溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；所述硫化镍/石墨烯复合薄膜中硫化镍呈网状分布在石墨烯支架上。
2.根据权利要求1所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的预处理过程为先依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗FTO玻璃，再用氮气吹干。
3.根据权利要求1所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述石墨烯浆料的制备为：将松油醇的无水乙醇溶液加入到乙基纤维素的无水乙醇中，得到混合溶液，然后再将石墨烯加入到混合溶液中，在50～70℃下水浴加热至无水乙醇完全蒸发，再加入乙酰丙酮和OP乳化剂。
4.根据权利要求3所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述松油醇的无水乙醇溶液中松油醇和无水乙醇的质量比为1：(0.8～1.2)，所述乙基纤维素的无水乙醇中乙基纤维素和无水乙醇的质量比为1：(7～10)，所述松油醇的无水乙醇溶液和乙基纤维素的无水乙醇的质量比为1：(1.5～2.5)，所述石墨烯和上述两种液体混合溶液的质量比为1：(270～280)；所述石墨烯的质量、乙酰丙酮的体积和OP乳化剂的体积比为0.1g：(0.5～1)mL：(0.5～1)mL。
5.根据权利要求1所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为8～25min；所述在15～20℃反应的时间为1～40min。
6.一种硫化镍/石墨烯复合薄膜，其特征在于，所述硫化镍/石墨烯复合薄膜是由权利要求1-5任一项所述的方法制备得到。
7.权利要求6所述的硫化镍/石墨烯复合薄膜在染料敏化太阳能对电极中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910905473.9A CN110739155B (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910905473.9A CN110739155B (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110739155A CN110739155A (zh) | 2020-01-31 |
| CN110739155B true CN110739155B (zh) | 2021-10-19 |
Family
ID=69269421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910905473.9A Expired - Fee Related CN110739155B (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110739155B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103500663A (zh) * | 2013-09-03 | 2014-01-08 | 东莞上海大学纳米技术研究院 | 一种p型染料敏化太阳能电池的三维复合光阴极及其制备方法 |
| CN103985552A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 南开大学 | 过渡金属硫化物与石墨烯复合材料对电极及其制备和应用 |
| CN105669045A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-15 | 广东工业大学 | 一种Cu2ZnSnS4/石墨烯复合半导体薄膜的制备方法及其应用 |
| CN106298247A (zh) * | 2016-08-10 | 2017-01-04 | 三峡大学 | 染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法 |
| CN106590618A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 一种具有包覆结构的NiO/rGO复合薄膜及其制备方法 |
| CN106744841A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 广东工业大学 | 一种单层石墨烯构筑的三维多孔石墨烯薄膜的制备方法 |
| CN109036864A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 常州工学院 | 一种纳米硫化镍-石墨烯复合电极材料的制备方法及应用 |
| KR101975942B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-05-08 | 한양대학교 산학협력단 | 비스페놀 a 센서용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 비스페놀 a 검출용 키트 |
| CN109830549A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-05-31 | 广东工业大学 | 一种硫化铟/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 |
-
2019
- 2019-09-24 CN CN201910905473.9A patent/CN110739155B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103500663A (zh) * | 2013-09-03 | 2014-01-08 | 东莞上海大学纳米技术研究院 | 一种p型染料敏化太阳能电池的三维复合光阴极及其制备方法 |
| CN103985552A (zh) * | 2014-05-21 | 2014-08-13 | 南开大学 | 过渡金属硫化物与石墨烯复合材料对电极及其制备和应用 |
| CN105669045A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-06-15 | 广东工业大学 | 一种Cu2ZnSnS4/石墨烯复合半导体薄膜的制备方法及其应用 |
| CN106298247A (zh) * | 2016-08-10 | 2017-01-04 | 三峡大学 | 染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法 |
| CN106590618A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-04-26 | 浙江大学 | 一种具有包覆结构的NiO/rGO复合薄膜及其制备方法 |
| CN106744841A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-05-31 | 广东工业大学 | 一种单层石墨烯构筑的三维多孔石墨烯薄膜的制备方法 |
| KR101975942B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-05-08 | 한양대학교 산학협력단 | 비스페놀 a 센서용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 비스페놀 a 검출용 키트 |
| CN109036864A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 常州工学院 | 一种纳米硫化镍-石墨烯复合电极材料的制备方法及应用 |
| CN109830549A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-05-31 | 广东工业大学 | 一种硫化铟/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Facile synthesis of NiS/graphene composite with high catalytic activity for high-efficiency dye-sensitized solar cells;Xiaobo Chen et al;《J Solid State Electrochem》;20170426;第21卷;摘要 * |
| Novel two-step synthesis of NiS nanoplatelet arrays as efficient counter electrodes for dye-sensitized solar cells;Wei Zhao et al;《Journal of Power Sources》;20130521;第242卷;第29页2.试验部分 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110739155A (zh) | 2020-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107482122B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN101515505B (zh) | 一种染料敏化太阳能电池铂电极的制备方法 | |
| CN111364080B (zh) | 一种用于光阳极的CxNy/BiVO4材料及其制备方法和应用 | |
| CN108842168B (zh) | 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极 | |
| CN107130256B (zh) | 硼掺杂氮化碳修饰二氧化钛复合光电极及其制备方法、应用 | |
| CN103474243A (zh) | 基于硫化镍纳米片的染料敏化太阳能电池对电极制备方法 | |
| CN111041523B (zh) | 一种铜掺杂二氧化钛光电极及其制备方法和在光电催化分解水中的应用 | |
| CN114481192B (zh) | 一种Cd掺杂的二氧化钛/硫化铟锌光阳极及其制备方法 | |
| Liu et al. | NiCo2S4 nanosheet thin film counter electrodes prepared by a two-step approach for dye-sensitized solar cells | |
| JP2013539168A (ja) | 色素増感太陽電池の対電極及びその製造方法 | |
| CN113481546B (zh) | 一种氧化锌/硫化锌复合薄膜光电极及太阳能光致沉积贵金属的回收装置 | |
| CN109574096B (zh) | 一种金属硫化物的制备方法及应用 | |
| CN101872685B (zh) | 固态染料敏化纳米晶微晶硅复合薄膜太阳电池及其制备方法 | |
| CN109234761B (zh) | 一种用于光电催化产氢的Co3O4/Pt复合薄膜的制备方法 | |
| CN109402661B (zh) | MIL-100(Fe)/TiO2复合光电极的制备方法及其应用 | |
| CN110739155B (zh) | 一种硫化镍/石墨烯复合薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN110965074A (zh) | 一种制备复合薄膜光电极的方法 | |
| CN103714976B (zh) | 一种染料敏化太阳能电池用Cu3SnS4纳米材料对电极及其制备方法 | |
| CN111778518B (zh) | 一种高性能P:Fe2O3/FeOOH复合光电极及其制备方法和应用 | |
| CN114592212A (zh) | 一种异质结MoO3/ZnO光电极薄膜的制备方法及其应用 | |
| CN113718288A (zh) | 一种新型CuCoOx负载的Mo-BiVO4复合光阳极的制备方法和应用 | |
| CN110359058B (zh) | 一种锆钛酸铅修饰的赤铁矿纳米棒阵列光阳极的制备方法 | |
| CN102568838A (zh) | 敏化类太阳能电池的类洋葱石墨纳米球对电极及制备方法 | |
| CN104818504A (zh) | 一种铜铟硫/石墨稀复合薄膜材料的制备方法 | |
| CN111359632A (zh) | 一种铜网原位生长银颗粒修饰三维硫化铜的光催化材料、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211019 |