[发明专利]一种微/纳分级结构插片八面体Zn2SnO4的制备方法、产品及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种Zn₂SnO₄微/纳分级结构插片八面体的制备方法、产品及其应用。

背景技术

随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的可持续性发展日益重视，引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为国际学术界和各国研究、开发的重点。太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源不可比拟的优点，取之不尽、用之不竭、安全、无污染、不受地理条件的限制等，使其成为新能源发展的主要方向之一。

近年来，人们发展了一种新颖的太阳能电池——染料敏化太阳能电池(DSSC)。它的制备工艺简单、原材料来源丰富、成本低廉，具有更高的市场前景及推广普及价值，被誉为第三代太阳能电池。因此，染料敏化太阳能电池也被认为是有可能成为未来太阳能电池的主导。染料敏化太阳能电池属于光电化学电池，其结构主要可以分为3部分：负极(工作电极)、电解质和对电极。在导电基底上制备一层纳米晶氧化物半导体膜，然后再将染料分子吸附在半导体膜中，这样就构成负极(cathode)，即工作电极。正极(anode)一般是沉积铂的导电玻璃。电解质介于正极和负极之间，且包含氧化还原电对，最常用的氧化还原电对是I^3-/I^-。将工作电极和对电极组装成电池注入电解质后，从电极引出导线接到负载上产生电压和电流。但目前负极材料大部分研究主要集中在如TiO₂、ZnO、SnO₂等二元氧化物纳米材料上，对于三元氧化物纳米材料研究较少。研究表明，三元氧化物在光电转化应用领域具有比二元氧化物更优异的性能。另外，与二元氧化物相比，三元氧化物还具有容易利用组分的变化达到有效调节其性能的优点。Zn₂SnO₄(ZTO)作为一种重要的三元氧化物、半导体功能材料具有高电子迁移率，高导电率，优良的吸附性能而有着重要的用途。在电极材料、光电装置等方面有着广阔的应用前景。

目前，制备Zn₂SnO₄方法可分为两种：(1)两步法。中国专利200510017855.6先以锡化合物为原料，制得羟基锡酸锌后，所得羟基锡酸锌经高温灼烧后可得到纳米锡酸锌。(2)一步法。主要有气相法。气相法是Zn和SnO在高温下(800-1200℃)烧结。这些合成法虽然都能得到Zn₂SnO₄，但缺点十分明显，两步法中第二步为以第一步合成的产物作为反应物，操作较复杂，高温灼烧，消耗较多能源。而气相法，气烧结温度较高，使成本大幅提高。另外，由于粒子的结构、尺度和形貌对其光学和电学性质有着重要的影响，而这两种方法合成的粒子的形貌大多为圆球形，不利于提高DSSC的转化率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种微/纳分级结构插片八面体Zn₂SnO₄的制备方法、产品，该方法以水为溶剂，反应温度低，节能环保。本发明的另一目的是提供微/纳分级结构插片八面体Zn₂SnO₄在燃料敏化太阳能电池电极中以及在光催化还原CO₂中的应用。

一种微/纳分级结构插片八面体Zn₂SnO₄的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先，在L-色氨酸存在的条件下，四氯化锡化合物、醋酸锌化合物和碱金属氢氧化物在水中进行反应，并分散均匀；

(2)然后，在高压釜中反应，控制反应温度为170～200℃；

(3)最后，将反应产物分离、干燥，得到微/纳分级结构插片八面体Zn₂SnO₄；

其中，四氯化锡化合物∶醋酸锌化合物∶碱金属氢氧化物的摩尔比为1∶(2～3)∶(8～12)，L-色氨酸∶四氯化锡化合物的摩尔比为5～10∶3。

步骤(1)中四氯化锡化合物的浓度为0.02mol/L。

步骤(2)中反应时间优选为10～24h，反应时间小于10h，八面体上六边形插片Zn₂SnO₄稀疏，而当反应时间大于24h时，继续延长反应时间对插片的密集程度无明显影响。

步骤(3)为反应处理工艺，其手段与一般不溶物的分离手段相同，干燥温度及时间也无特殊要求，但是较为优选的方案是：将反应产物离心分离、洗涤，然后干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为8～24h。