一种FeS2黄铁矿微球的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种FeS2黄铁矿微球的制备方法及其应用，其特征在于：将铁源溶解在三甘醇中，然后添加硫粉，搅拌至溶解，获得混合溶液；将混合溶液在170-220℃条件下反应4～20h，获得产物溶液；将产物溶液离心、清洗、烘干，即得目标产物FeS2黄铁矿微球。本发明专利技术制备方法工艺简单，操作方便，产物具有性能稳定、均一度好、相纯度高等优点；通过改变铁源和反应时间，可以提高FeS2黄铁矿微球的结晶度，并调控其尺寸和形貌。FeS2黄铁矿在半导体敏化太阳能电池中对电解质的催化再生表现出极为突出的电催化活性，可以代替贵金属Pt作为敏化太阳能电池的对电极材料，使电池具有较高的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种FeS2黄铁矿微球的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种FeS2黄铁矿微球的制备方法，属于纳米材料
。
技术介绍
近年来，由于纳米结构材料优异的电学和光学性能，其已渐成为国内外先进材料和功能材料领域的研究热点。纳米结构太阳能电池是新兴的第三代太阳能电池，具有理论效率高、制造工艺简单、成本低廉等优点。其中，由于纳米材料的多激子效应，量子点敏化太阳能电池的理论光电转换效率高达44%，是一种有广泛应用前景的纳米结构电池器件。量子点敏化太阳能电池由工作电极，电解质液和对电极三部分组成；其中，对电极在敏化太阳能电池中起催化还原电解液中的氧化态电解质的作用。为了提高电池的光电转换效率，对电极应具有较大的比表面积、良好的导电性和较高的催化活性，促进电解质在对电极表面的还原再生。因此，探索和开发新型纳米结构材料作为高效对电极材料具有重要的研究意义和实用价值。黄铁矿FeS2是一种价格低廉、原料产量丰富、环境友好的硫属化合物半导体材料，其禁带宽度为0.95eV、吸光范围宽、吸收系数高达α?5X lOcnT1，载流子迁移率高，是一种有广泛应用前景的半导体光伏材料。例如，Alec Kirkeminde等人用FeS2纳米方块和CdS量子点构造异质结太阳能电池，电池开路电压高达0.79V、光电转换效率为1.1%(Nanoscale, 2012，4，7649 - 7654)。到目前为止，制备FeS2黄铁矿的方法有:磁场辅助气溶胶热解合成、电化学沉积、化学气相沉积、水热合成、溶剂热合成和微波合成等方法。但是，这些制备方法普遍存在制备条件要求较高如化学气相沉积需要高温高真空条件、部分溶剂热合成方法需要使用有机表面活性剂等问题，所制备的FeS2黄铁矿纳米结构产物多存在非立方相黄铁矿的杂质、产物相不纯及形貌不均匀等。至今，黄铁矿FeS2作为对电极材料在低成本高效率量子点敏化太阳能电池中的应用尚未见报道。因此，探索和发展低温合成技术制备低成本FeS2黄铁矿微球，并作为一种高效量子点敏化太阳能电池的对电极材料来替代贵金属Pt电极进一步降低太阳能电池的成本、提高电池效率，具有重要的实用意义。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种立方晶系FeS2黄铁矿微球的制备方法，解决的技术问题是现有FeS2黄铁矿制备方法需高温处理，工艺复杂，且所得产物相不纯，形貌不均匀限制了其应用，本专利技术进一步提供了该制备方法所得产物作为量子点敏化太阳能电池的对电极材料的应用。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案:本专利技术FeS2黄铁矿微球的制备方法，其特征在于按如下步骤进行:a、将0.5mmol铁源溶解在40mL三甘醇中，然后添加1.25mmol硫粉,搅拌至溶解，获得混合溶液；b、然后将所述混合溶液在170_220°C条件下反应4?20h，获得产物溶液；C、将所述产物溶液冷却至室温后，离心获得沉淀物，清洗、烘干，即得目标产物FeS2黄铁矿微球。本专利技术FeS2黄铁矿微球的制备方法，其特点也在于:通过调整步骤b中的反应时间，调整目标产物的结晶度及直径。随着时间的增长，产物的直径呈现增大的趋势。经多次实验证实，当反应时间为4h时，所得产物为介孔蜂窝状微球，当反应时间为20h时，所得产物为实心微球。且随着时间的增长，FeS2黄铁矿微球的结晶度也在逐渐变好。步骤a所述铁源选自FeSO4、FeCl2或Fe (NO3) 2。步骤c所述清洗是依次用去离子水和无水乙醇清洗。步骤c所述烘干是在20_60°C下烘6_15h。在170_220°C溶剂热条件S粉同时作为试剂和液滴模板，在FeS2的微球的形成过程中发挥了关键作用。在具有高沸点的溶剂三甘醇中，S粉在170-220°C，会融化成球形液滴，很好地保证了最终产物的单分散性和均匀形态。同时Fe2+离子与熔融S液滴反应形成FeS2黄铁矿纳米颗粒。在反应时间较短时，这些纳米FeS2微晶组装形成蜂窝状的FeS2黄铁矿微球，由于熟化效应，随着反应时间延长，较小的蜂窝状的FeS2黄铁矿微球可以进一步聚集和成长为较大的微球。本专利技术FeS2黄铁矿微球的应用，其特点在于:所述FeS2黄铁矿微球用于作为敏化太阳能电池的对电极材料。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在:1、本专利技术提供了一种FeS2黄铁矿微球的制备方法，工艺简单、反应条件温和、无需高温等处理，成本低廉、易于推广；且所得产物为立方晶系，电学和光学特性优异，克服了传统方法制备的FeS2黄铁矿纳米结构晶体相不纯的缺点；2、本专利技术在制备中通过控制反应时间、铁源等，可制备不同形貌及结晶度的FeS2微球；3、本专利技术的制备方法所获得的产物单分散性好，性能稳定，用作半导体敏化太阳能电池的对电极材料，提高了其光电转换效率。【附图说明】图1为本专利技术实施例1和实施例4制备FeS2黄铁矿微球的XRD图:图2为本专利技术实施例1制备的蜂窝状FeS2黄铁矿微球的形貌表征图:(a_d)为SEM图，(e)为 TEM 图，(f)为 HRTEM 图；图3为本专利技术实施例1制备的蜂窝状FeS2黄铁矿微球的拉曼光谱图(图3a)、高分辨率的Fe (图3b)和S (图3c) XPS能谱图；图4为本专利技术实施例1制备的蜂窝状FeS2黄铁矿微球的SEM图(图4a)、EDS能谱(图4b)，和相应的Fe (图4c)和S (图4d) EDS mapping图；图5为本专利技术实施例4制备的固体FeS2黄铁矿微球的形貌表征图:图5a和图5b为不同放大倍数的SEM图，图5c为TEM图，图5d为HRTEM图；图6为本专利技术实施例2和实施例3制备的FeS2黄铁矿微球的SEM图；图7为本专利技术实施例4制备的固体FeS2黄铁矿微球的SEM图(图7a)、EDS光谱图(图7b)，和相应的Fe (图7c)和S (图7d)的EDS Mapping图；图8为本专利技术实施例5制备的FeS2黄铁矿微球的SEM图；图9为实施例1和实施例4所制备的样品作为对电极材料及以Pt作为对电极材料所制备的敏化太阳能电池的J-V曲线图。【具体实施方式】实施例1~4本实施例按如下步骤制备FeS2黄铁矿微球:a、按表1称取或量取各原料:其中S粉选用自(上海润捷化学试剂有限公司)，分析纯(>99.9% ) ；FeS04.7H20选用自(上海润捷化学试剂有限公司)，分析纯(>99.5% )；三甘醇选用自(上海润捷化学试剂有限公司)，化学纯(>98% )；表1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FeS2黄铁矿微球的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：a、将0.5mmol铁源溶解在40mL三甘醇中，然后添加1.25mmol硫粉，搅拌至溶解，获得混合溶液；b、然后将所述混合溶液在170‑220℃条件下反应4～20h，获得产物溶液；c、将所述产物溶液冷却至室温后，离心获得沉淀物，清洗、烘干，即得目标产物FeS2黄铁矿微球。

【技术特征摘要】
1.一种FeS2黄铁矿微球的制备方法，其特征在于按如下步骤进行: a、将0.5mmol铁源溶解在40mL三甘醇中，然后添加1.25mmol硫粉，搅拌至溶解，获得混合溶液； b、然后将所述混合溶液在170-220°C条件下反应4?20h，获得产物溶液； C、将所述产物溶液冷却至室温后，离心获得沉淀物，清洗、烘干，即得目标产物FeS2黄铁矿微球。2.根据权利要求1所述的FeS2黄铁矿微球的制备方法，其特征在于:通过调整步骤b中的反应时间，调整目标产物的结晶度及尺寸。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许俊，孙联领，谢超，罗林保，史正添，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34