[发明专利]一锅法合成掺杂Nb2O5的TiO2纳米粒子

权利要求书

1.一种制备含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液的方法，其包括：

(a)制备含有氯化铌(NbCl₅)的透明前体溶液；

(b)用UV处理所述透明前体溶液；

(c)离心所述经UV处理的透明前体溶液并且去除残余水以获得作为掺杂剂来源的含铌(Nb)聚合凝胶；

(d)将TiO₂浆料添加到含有相应量的铌化合物的所述聚合凝胶中，之后进行高速混合和消泡，以获得在0.5-5.0mol％范围的不同Nb/(Nb+TiO₂)摩尔比的均匀混合的不同TiO₂-Nb复合浆料；和

(e)将所述均匀混合的TiO₂-Nb复合浆料热处理一段时间以获得所述含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液。

2.根据权利要求1所述的方法，其中(a)中的所述制备包括将NbCl₅粉末溶解到乙醇中并且添加去离子水，之后进行搅拌，直到形成所述透明前体溶液。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述乙醇和去离子水中的所述NbCl₅粉末是0.027％重量/体积，并且其中所述乙醇与所述去离子水的体积比为1∶1。

4.根据权利要求1所述的方法，其中(b)中的所述UV处理持续约20分钟。

5.根据权利要求1所述的方法，其中(c)中的所述离心以40,000rpm持续10分钟。

6.根据权利要求1所述的方法，其中(d)中的所述TiO₂浆料为约2g并且所述相应量的铌化合物为约92mg/约2g所述TiO₂浆料到964mg/约2g所述TiO₂浆料。

7.根据权利要求1所述的方法，其中(d)中的所述高速混合通过使用可调型混合器以2200rpm实施2分钟并且所述消泡以2000rpm实施2分钟。

8.根据权利要求1所述的方法，其中(e)中的所述均匀混合的TiO₂-Nb复合浆料在约500℃热处理30分钟。

9.一种通过根据权利要求1所述的方法制备的含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液，其具有0.5摩尔％到5.0摩尔％的铌含量。

10.一种制备染料敏化太阳能电池(DSSC)的方法，其包括：

(a)提供清洁导电玻璃；

(b)将TiO₂浆料的第一膜涂覆于所述导电玻璃上；

(c)将根据权利要求9所述的含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液的第二膜涂覆于(b)中的所述第一膜上以形成光电阳极；

(d)将(c)中的所述光电阳极在450℃烧结30分钟以去除有机物，随后缓慢地冷却到室温以形成经烧结的光电阳极；

(e)将所述经烧结的光电阳极在室温下浸渍于染料溶液中一段时间以使所述掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子充分地吸附染料分子以形成染料覆盖的光电阳极；

(f)用乙醇冲洗所述经染料覆盖的光电阳极并且在空气中干燥；

(g)提供反电极；

(h)在所述反电极和所述经染料覆盖的光电阳极之间夹入电解质和热塑性间隔物以形成组件；

(i)通过下面具有作为粘合剂的热熔融膜的盖玻片将所述组件热密封以形成所述DSSC。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一膜由三层所述TiO₂浆料构成并且通过在所述导电玻璃上进行丝网印刷来形成。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二膜是由两层所述含有掺杂Nb₂O₅的TiO₂纳米粒子的溶液构成。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二膜厚约10μm。