[发明专利]一种碳包覆氧化亚钽纳米片的制备方法

说明书

本发明提供一种碳包覆TaO纳米片的制备方法，属于纳米材料制备技术领域；具体涉及一种包碳与先驱体热裂解的制备方法。其特征在于：采用水热法合成的介晶(NH₄)₂Ta₂O₃F₆粉体作为原料；先通过溶液包覆多巴胺工艺制备介晶(NH₄)₂Ta₂O₃F₆@多巴胺复合材料；然后将其作为先驱体，在惰性气氛中进行高温热处理即可合成出碳包覆TaO纳米片。该材料具有产物纯度高、高导电率、较高催化活性和充放电稳定性优异等优点，使其在染料敏化太阳能电池的对电极材料、纳米生物材料以及电化学储能负极材料等方面存在巨大的应用潜力。此外，本发明所涉及的制备方法简单、所选用的原料易得、实验设备简单、实验周期短且工艺流程易于控制。

技术领域

本发明涉及一种碳包覆TaO纳米片的制备方法，属于纳米材料制备技术领域；具体涉及一种包碳与先驱体热裂解的制备方法。

背景技术

TaO晶体属于六方晶系，晶格参数为：a=b=3.624Å，c=3.88Å，α=β=90°，γ=120°。空间群Fmm。TaO是一种极具应用潜力的电极材料和纳米生物材料。

一方面，随着多年的经济高速增长，环境污染、资源匮乏等社会问题逐渐显现，引起了人类对于太阳能等清洁可再生资源的广泛研究。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells，简称DSCs)是一种廉价、绿色的光伏器件。对电极在DSCs中起着传输电子及催化电解质I^3-/I^-电对氧化还原的作用，改进对电极是提高能量转化效率及降低成本的有效手段之一。目前广泛采用的镀铂对电极性能虽好但成本较高，限制了其在染料敏化太阳能电池产业化中的应用，开发低铂或非铂对电极材料具有重要的意义。Yun等在论文“Non-Pt counter electrode catalysts using tantalum oxide for low-costdye-sensitized solar cells”中以氯化钽(AR)作为金属前体，溶解在20毫升乙醇中作为氧源，用力搅拌1~2 h使TaCl₅完全溶解，将溶液置于100℃环境下得到一种凝胶，然后在N₂条件下，在600~1100℃温度下烧结3h得到TaO和Ta₂O₅。经电化学分析表明，TaO对电极材料对I^3–离子具有很好的催化活性，将其应用在染料敏化太阳能电池（DSCs）获得6.48%的光电转化效率，达到了Pt对电极水平的的90.5%。另外，Yun等在论文“Metal oxide/carbide/carbon nanocomposites: in situ synthesis, characterization, calculation, andtheir application as an efficient counter electrode catalyst for dye-sensitized solar cells” 中以软膜板法（在过渡金属前驱体中添加软模板作为造孔剂,并嵌入碳材料,最后在流动N₂环境下进行烧结处理）合成的TaO-MC复合材料表现出良好的催化活性，其电池的PCE达到 8.09%，是同条件下Pt对电极的1.11倍，表明TaO对电极材料在DSCs的发展中具有巨大的利用价值。