[发明专利]一种镍钴硒空心球状多级结构材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种镍钴硒（NiCo₂Se₄）三元化合物空心球状多级结构材料，及其制备方法和应用。我们采用模版法和水热法两步法制备了由纳米颗粒组装的镍钴硒空心球状材料。该材料具有高的电催化活性、高导电性和高比表面积。应用在染料敏化太阳能电池中，能量转化效率达到8.26%，优于传统Pt对电极。同时，该镍钴硒空心球状材料具有良好的电解水催化性能。我们进一步利用上述准固态太阳能电池来驱动该全解水电池，利用一种电催化材料（即镍钴硒三元化合物空心球状多级结构材料）实现了只有光照条件下太阳能和燃料的直接高效转化。

技术领域

本发明属于光电材料领域，尤其是涉及一种镍钴硒（NiCo₂Se₄）空心球状多级结构材料的制备方法及其作为对电极在光电器件中的应用。

背景技术

近年来，随着能源危机日益凸显，发展清洁能源无疑是有效缓解这一问题的途径之一。准固态染料敏化太阳能电池本身具备很多独特优势，被认为是一种非常具有潜力的光电转换装置。对电极是准固态染料敏化太阳能电池中的一个重要组成部分，电子流经对电极进入电解液发生还原反应，形成一个整体的循环通路。因此，对电极材料的选择对于电池的光电转换性能起着至关重要的作用。一种良好的对电极材料应该具备较高的催化活性、导电性以及比表面积。高催化活性能够提高催化还原I₃^-的反应速率；高导电性能够为电子的流通提供顺畅的电子通道，降低电子的损失；大的比表面积能够为催化反应提供充足的活性位点。传统的Pt对电极，价格昂贵，并且电解液的化学吸附会造成Pt对电极的失活，因此研究具有高催化活性的非Pt材料具有十分重要的意义。

金属硒化物因其具备较高的催化活性收到了广泛的关注。镍钴硒三元材料据报道对于I₃^-以及电解水，具有较高的催化活性。但是对于镍钴硒多功能材料的研究还比较少。本发明采用了模版法和水热法两步法制备了镍钴硒材料，该材料具有空心球状多级结构，比表面积较大，导电性高，具有高的催化活性，能够高效催化还原准固态染料敏化太阳能电池中I₃^-，以及高效催化电解水产生H₂和O₂，体现出多功能特性。同时，在只有光照的情况下，以NiCo₂Se₄为对电极的准固态染料敏化太阳能电池可以驱动由该材料同时作为正极和负极的全解水电池，产生氢气和氧气，实现了由一种电极材料将光能向电能再向燃料的转化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钴硒（NiCo₂Se₄）空心球状多级结构材料的制备方法及其作为对电极在光电器件中的应用。

本发明提出的镍钴硒（NiCo₂Se₄）空心球状多级结构材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）根据文献[Angew. Chem. 2014, 126, 1-6]，采用Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O制备得到镍钴甘油酸盐模板；

（2）将0.01-0.04 g球状镍钴甘油酸盐浸入0.01-0.03 mol L^-1的硒离子前驱体溶液中搅拌30分钟；

（3）将步骤（2）得到的产物转移到反应釜中，160-200℃反应6-10 h；自然冷却到室温，依次用去离子水和乙醇清洗，50℃烘干，得到镍钴硒空心球材料；

（4）将步骤（3）得到的镍钴硒空心球材料溶解到乙醇和水的混合溶剂中，形成浆料，然后利用滴涂方法将浆料沉积到FTO导电基底上，烘干，得到镍钴硒（NiCo₂Se₄）空心球状多级结构材料。