[发明专利]一种染料敏化电池电极及其制备方法和MIL－47材料的应用

说明书

本发明提供了一种染料敏化电池电极及其制备方法和MIL‑47材料的应用。本发明通过以MIL‑47材料作为DSCs对电极材料的前驱体，开发出了一种原料易得、成本低廉、工艺简单的DSCs对电极的制备方法，解决了现有DSCs中的商业Pt对电极成本高、易腐蚀等问题。本发明通过使用钒基MOFs材料作为DSCs对电极，丰富了对电极材料的取材范围，达到了降低DSCs成本的目的，为MOFs材料在能量转换器件方面的应用提供了实验基础，并对构建高效DSCs对电极具有指导作用。实验证明，本发明制备的MOFs材料作为DSCs对电极，导电性能好，催化性能佳且稳定性良好。

技术领域

本发明属于新能源材料与器件技术开发领域，具体涉及一种染料敏化电池电极及其制备方法和MIL-47材料的应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells，简称DSCs)具有典型的三明治结构，在两边的导电衬底(通常为FTO导电玻璃)上是染料敏化的光阳极和对电极，二者之间是电解液。其中，对电极的主要作用是用来收集外电路电子并催化电解质中的氧化还原电对的循环再生。对电极常用的对电极材料为Pt，但其价格昂贵，储量有限，且易被电解液腐蚀。因此，针对商业化Pt 存在的上述问题，本领域的主要解决方案是降低DSCs成本和提高其稳定性，开发高效、低成本、储量丰富且耐腐蚀的非铂催化材料。迄今为止，各种各样的替代材料如碳材料(活性碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管、生物质炭等)、无机化合物(过渡金属碳化物、氮化物、氧化物、硫化物等)、高分子导电聚合物(聚噻吩、聚吡咯和聚苯胺等)以及由上述材料组成的复合物等相继被开发出来。此外，近年来也发展了一些自牺牲模板材料作为DSCs对电极，如将金属-有机框架(metal-organic frameworks，简称MOFs)在不同温度下焙烧，制备成无金属多孔碳或金属多孔碳复合对电极。

MOFs是由有机配体与金属离子通过共价键或离子共价键配位，形成具有多维网状结构的晶体材料。其中，法国凡尔赛大学的Férey研究组合成的MIL (Materials ofInstitut Lavoisier)系列材料是非常著名的一类MOFs材料。作为MIL系列的MIL-47(V)材料，其晶格结构不会在吸附客体分子时发生结构上的转变，也因此一直被人们认为是一种刚性的材料，其晶体由V⁴⁺O₆与对苯二甲酸酯的联羧基配位形成的三维多微孔材料。特别地，钒元素作为一种典型的多价态过渡金属元素，其化学性质非常活拨，在化合物中能够以+2、+3、+4和 +5和等多种价态的形式存在，因此，基于价态的丰富可调控性，钒基复合物成为无机功能材料领域的研究热点之一。

发明内容

本发明通过以MIL-47材料作为DSCs对电极材料的前驱体，开发出了一种原料易得、成本低廉、工艺简单的DSCs对电极的制备方法，解决了现有DSCs 中的商业Pt对电极成本高、易腐蚀等问题。

本发明的一个目的是提供一种染料敏化太阳能电池电极的制备方法，所述制备方法包括：将MIL-47材料与粘结剂混合后涂于FTO玻璃上，再将涂有所述 MIL-47材料的FTO玻璃焙烧后即得。

所述方法还包括下述1)-7)所述中的至少一种：

1)所述粘结剂包括松油醇、乙基纤维素、PVDF、PVP、和/或Span-85；具体为松油醇

2)所述MIL-47材料与粘结剂的质量体积比为：0.5～0.2(g/ml)；具体的，所述MIL-47材料与粘结剂的质量体积比为：5:12(g/ml)；

3)所述焙烧包括在氮气和/或空气中焙烧；

4)所述涂包括喷涂和/或刮涂；

5)所述混合包括将所述MIL-47材料与粘结剂于研钵中研磨5～10min；具体研磨10min；

6)所述焙烧包括于500℃下焙烧；

7)所述焙烧包括焙烧1～2h；具体焙烧2h。