[发明专利]一种铅卤钙钛矿光驱动充电电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种铅卤钙钛矿光驱动充电电极，其制备步骤包括磷酸铁锂基底的制作、钙钛矿溶液的配置、钙钛矿光驱动充电电极的制备、电解液的制备以及电极的连接和测量。与现有技术相比，本发明采用的原料简单，体积小，绿色环保，安全无毒，成本较低，操作简单易行，简化了电极的制备过程，同时使用硫酸钠水溶液作为电解液，使光驱动充电电极在水相环境中具有光驱动充电性能，本发明制备方式简单，电极材料不含贵重金属元素，使系统更加的环保，推广前景广阔。

技术领域

本发明属于光功能材料的合成与应用技术领域，具体涉及一种铅卤钙钛矿光驱动充电电极及其制备方法。

背景技术

光充电电池的研究已经越来越受人们的关注，第一个光充电电池是由Hodes等人于1976年提出的（Nature 261, 403–404, 1976），使用由硒化镉/硫/银硫化物（CdSe/S/Ag2S）构成的三电极系统。2014年，Yu等人报告了在氧化还原耦合的染料光电极的辅助下对锂氧电池充电（Nat. Commun. 5, 5111, 2014）。同时，2015年Li等人将二氧化钛基电极集成到了含有磷酸铁锂材料的三电极系统中（J. Mater. Chem. A 3, 20903–20907,2015）。所有这些设备都具有两个相连接部分：一个用于太阳能转换，另一个用于能量的存储。2017年， Paolella等人（Nat. Commun. 8, 14643, 2017）报告了一个两电极系统，该系统涉及含钌染料和磷酸铁锂作为光阴极，锂金属作为阳极和六氟磷酸锂有机碳酸盐溶剂作为电解质。虽然上述系统解决了光充电需要采用两个连接部分的问题，但是制备过程过于复杂、成本较高。

本发明针对上述问题采用了铅卤钙钛矿光驱动充电电极的制备方法，简化了电极的制备过程，同时使用硫酸钠水溶液作为电解液，使光驱动充电电极在水相环境中进行工作。这改进不仅使制备方式更加简单，也使系统更加的环保。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中光充电电池材料制备困难和成本较高的问题，提供一种铅卤钙钛矿光驱动充电电极材及其制备方法，用铅卤素钙钛矿与磷酸铁锂结合的方式制备光驱动充电电极，使电极材料不含贵重金属元素，且可在水相环境中成功实现可见光驱动充电性能。

本发明采用以下技术方案：

一种铅卤钙钛矿光驱动充电电极，是通过将LiFePO₄、SUPER P Li、PVDF、1-甲基-2-吡咯烷酮和酒精混合球磨后的球磨混合物刮涂在FTO上作为磷酸铁锂基底，并在磷酸铁锂基底上滴加钙钛矿溶液并烘干制备而成。

进一步的，所述的铅卤钙钛矿光驱动充电电极制作方法包括以下步骤：

S1、磷酸铁锂基底的制作

将LiFePO₄、SUPER P Li和PVDF混合，加入1-甲基-2-吡咯烷酮和酒精球磨1-3 h，将球磨混合物刮涂在FTO上，烘干，接下来在氩气环境下以每分钟4~6℃的升温速率加热到400℃，持续加热1-3 h后自然降温，得到磷酸铁锂基底；

S2、钙钛矿溶液的配置

所述钙钛矿溶液为以下所制备的一号溶液或二号溶液；

一号溶液制备方法：取碘化铅、甲胺氢碘酸盐以及DMSO溶液，均匀混合，搅拌30-60min，制备成0.1mol/l的钙钛矿溶液，作为一号溶液；

二号溶液制备方法：取碘化铅、甲胺氢碘酸盐以及DMSO溶液，均匀混合，搅拌30-60min，制备成0.2mol/l的钙钛矿溶液，作为二号溶液；

S3、钙钛矿光驱动充电电极的制备

所述钙钛矿光驱动充电电极为以下制备的一号电极、二号电极、三号电极中的一种；