[发明专利]一种基于多金属氧酸盐的复合薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合薄膜，具体的说，涉及一种基于多金属氧酸盐的复合薄膜。

背景技术

近年来，基于电子给体/受体材料构成的光伏体系一直是研究的热点。1986年，邓青云博士率先研制出了有机双层光伏器件。1992年，Alan Heeger教授研究了高分子聚合物聚对苯撑乙烯(PPV)衍生物/富勒烯(C60)这一体系的光电效应，并于1993年制得了相应的光伏器件。在随后的近二十年里，这一领域吸引了大批科学家的兴趣，而一系列具有良好光电转换性能的光伏体系纷纷被研发出来。然而，现今所报道的基于电子给/受体光伏体系中，电子给体多为油溶性的聚噻吩类、聚对苯撑乙烯类衍生物等，电子受体多为富勒烯(C60)及其衍生物。所用原料不仅价格昂贵，而且在制作过程中多用氯苯、二氯苯等有机溶剂，难以达到绿色环保的要求。因此，新型材料的使用成为此类光伏体系继续发展的一种选择。

多金属氧酸盐(POM)是一种良好的电子受体，能够在接受电子的同时保持结构稳定。德国化学家Achim Müller开启了设计合成Keplerate型多金属氧酸盐的新领域，但对其研究主要是在结构和磁学性质等方面。Keplerate型多酸通常又称Keplerate球，与富勒烯非常相似，具有高度对称的结构和大量的离域电子。因此，将Keplerate型多酸替代富勒烯应用于光伏体系中是一种新颖而可行的选择。水溶性聚对苯撑乙烯衍生物由于具有良好的热稳定性和光电性质，同样受到广泛关注。以水溶性聚对苯撑乙烯衍生物替代油溶性共轭聚合物作为电子给体，避免了有机溶剂的使用，制作过程更加绿色环保。

层接层(LbL)自组装技术已经非常成熟，在薄膜制备中易于操作。若选用水溶性聚对苯撑乙烯衍生物作为电子给体，Keplerate型多金属氧酸盐作为电子受体，则两者都可配制成水溶液，可通过层接层自组装来完成复合薄膜的制备，避免了使用真空蒸镀等复杂的仪器设备和手段，在简化流程的同时降低了生产成本。

发明内容

本发明的目的是利用Keplerate型多金属氧酸盐替代富勒烯作为电子受体，同时以水溶性聚对苯撑乙烯衍生物作为电子给体，通过层接层自组装的方法制备具有光电流响应的复合薄膜，得到一种新的基于电子给/受体的光伏体系。

本发明的一种基于多金属氧酸盐的复合薄膜，包括以下步骤：

(1)将多金属氧酸盐配制成水溶液，调节此溶液pH在1-3之间；

(2)将水溶性高分子聚合物配制成水溶液；

(3)将ITO基片在预处理液中浸泡20分钟；

(4)将步骤(3)所得基片取出，用去离子水冲净，氮气吹干；

(5)将步骤(4)所得基片浸泡于PEI溶液中20分钟；

(6)将步骤(5)所得基片取出，用去离子水冲净，氮气吹干；

(7)将上一步骤所得基片浸泡于步骤(1)所得溶液中，保持20分钟；

(8)将上一步骤所得基片取出，用去离子水冲净，氮气吹干；

(9)将上一步骤所得基片浸泡于步骤(2)所得溶液中，保持20分钟；

(10)重复步骤(8)；

(11)重复步骤(7)至步骤(10)，重复1至20次，制得所说的复合薄膜。

所说的多金属氧酸盐为Keplerate型多酸，具体是指{W₇₂V₃₀}，其分子式为：

所说的水溶性高分子聚合物具体是指水溶性聚对苯撑乙烯衍生物P2，其结构式为：

所说的预处理液是指piranha溶液[H₂SO₄:H₂O₂(体积比7:3)]。

其中，多金属氧酸盐水溶液的浓度为0.5mmol/L，水溶性高分子聚合物水溶液的浓度为0.3mg/mL，PEI溶液的浓度为0.25mg/mL。

将上述方法制备的基于多金属氧酸盐的复合薄膜作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂丝作为对电极，以氙灯为照射光源，于0.1mol/L的Na₂SO₄水溶液中进行光电化学测试。

本发明所使用的电子给/受体材料均为水溶性化合物，薄膜制备过程不使用二氯苯等有机溶剂，有利于环境的保护。

本发明所使用的薄膜制备方法为层接层自组装技术，不需使用真空蒸镀等仪器设备和手段，操作更加简便易行。