[发明专利]柚子皮衍生多孔碳用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柚子皮粉末的低温预炭化及高温热解方法；本发明还涉及柚子皮衍生多孔碳的活化方法；本发明还涉及到柚子皮衍生多孔碳作为染料敏化太阳能电池对电极的应用。

背景技术

目前，相比于传统的负载型催化剂，如若以自身材料为牺牲剂制备金属/金属氧化物/碳复合材料，将会大大增强各组分之间的作用力，从而提高材料自身的稳定性，并简化生产流程。此外，为了得到孔结构丰富比表面积大的多孔碳，通常使用的化学活化剂有ZnCl₂、KOH、K₂CO₃、KHCO₃、H₃PO₄等，本发明结合了化学活化、炭化、酸洗技术制备了一种柚子皮衍生的多孔碳，期间对环境不会产生毒害作用，并且利用柚子皮自身固有的碱金属和碱土金属，如Na、K、Mg、Ca等催化石墨化碳的形成，从而提高材料的导电性。此外，存在于材料内部的K对材料本身具有活化作用，可以导致材料孔隙结构发达、吸附电解液能力强，同时引入的ZnCl₂活化剂进一步丰富了材料的孔隙度。将活化后的柚子皮衍生的多孔碳用于染料敏化太阳能电池对电极，电化学性能与目前传统使用的Pt电极相当。本方法合理利用废弃果皮资源，操作简单，成本低廉，绿色环保，性能优越，是一种很有潜力的Pt对电极替代材料。

发明内容

本发明将公开操作简单，绿色环保，成本低廉，同时具有很好的电化学催化活性和稳定性的柚子皮衍生多孔碳用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。

本发明提供一种柚子皮衍生多孔碳用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括以下步骤：

1)用水果刀将柚子皮柔软的白色部分切成小块，弃去柚子皮黄色的外壁部分，并将切成的小白块于烘箱中烘干；

2)将步骤1)中烘干的小块用咖啡机磨成粉末，真空干燥过夜，选用50目的筛子过筛；

3)从步骤2)中取50目以下的柚子皮粉末，放置在陶瓷舟中，并于惰性气体氛围300～400℃℃下预炭化2h，降至室温；

4)向步骤3)中加入ZnCl₂/乙醇溶液，加热敞口搅拌6h，蒸发溶剂，得到固体粉末样品；

5)将步骤4)中的固体粉末样品放置在陶瓷舟中，并于惰性气体氛围下750～850℃热解2h，降至室温，热解后的样品记为PP-活化；

6)对步骤5)中得到的PP-活化样品，使用HCl处理，依次用去离子水、乙醇洗至中性，以除去无机盐、矿物质以及金属沉淀物，最后置于真空干燥箱中过夜，所得样品记为PP-活化-酸洗；

7)将步骤6)过程得到的上述两种材料分别分散于异丙醇溶剂中，球磨一定时间，喷涂到导电玻璃表面并置于烘箱中烘干。

进一步地，在上述技术方案中，步骤1)中，使用废弃物资源柚子皮，作为前驱体材料，操作简单，绿色环保，成本低廉，且具有很好的电化学催化活性和稳定性。烘箱设置温度为100～120℃。

进一步地，在上述技术方案中，步骤2)中，真空干燥箱温度设置为100～120℃。

进一步地，在上述技术方案中，步骤3)中，惰性气体为氮气。

进一步地，在上述技术方案中，步骤3)中,具体为由室温升到300℃，升温速率：5℃/min；最后300℃保持2h后自然降温。

进一步地，在上述技术方案中，步骤4)中，质量比：ZnCl₂/柚子＝1/5，且ZnCl₂/乙醇溶液为2M，加热温度为40～60℃。

进一步地，在上述技术方案中，步骤5)中，惰性气体为氮气。

进一步地，在上述技术方案中，步骤5)中，具体为由室温升到300℃，升温速率：5℃/min；再由300℃升到800℃，升温速率：2℃/min；最后800℃保持2h后自然降温至室温。

进一步地，在上述技术方案中，步骤6)中，真空干燥箱温度60～80℃，HCl/水溶液为2M。

进一步地，在上述技术方案中，步骤7)中，柚子皮衍生的生物质碳材料与异丙醇用量比为60～80mg：6～8mL，球磨时间为6～10h，烘箱温度为180～220℃，烘干时间为2～4h。

进一步地，在上述技术方案中，所述碳材料的喷涂厚度为4～5μm。

采用上述对电极组装成染料敏化太阳能电池，将其应用于染料敏化太阳能电池对电极，测试电池的光电转化效率，同时与Pt对电极的光电转化效率进行对比。

发明有益效果