还原氧化石墨烯对电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种还原氧化石墨烯对电极的制备方法及其应用。该制备方法包括：将含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液涂覆在导电基底上并去除所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液的分散剂，从而在所述导电基底表面生成初生膜，然后对所述初生膜进行紫外光照射，从而得到还原氧化石墨烯膜。采用本发明专利技术提供的方法制备还原氧化石墨烯对电极可以有效避免使用有毒化学试剂或在高温、高压下反应所带来的不安全因素，环境友好且步骤简单，可以用于大规模制备还原氧化石墨烯对电极。

【技术实现步骤摘要】
还原氧化石墨烯对电极的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种还原氧化石墨烯对电极的制备方法及其应用。
技术介绍
随着社会经济的可持续发展，能源危机与环境污染的日益加剧已成为全球人类所面临的严重问题。太阳能取之不尽、用之不竭，从能源长久与环境友好的角度考虑，利用太阳能是最安全、最环保且最长远的方法之一。与硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells)具有廉价、稳定性好和制备简单等优点，具有很好的应用前景。 染料敏化太阳能电池主要由吸附染料的半导体光阳极、电解质和对电极组成。对电极作为染料敏化太阳能电池的主要部分，主要起传输电子和催化还原电解质中氧化还原电对(I厂/I ■)的作用。由于金属钼(Pt)对电解质氧化还原电对(I3 _/I _ )具有高的催化性能，因而成为目前常用的对电极材料。然而，应用金属Pt作为对电极材料，存在着以下三个弊端:第一，Pt金属价格昂贵；第二，高温分解制备Pt对电极的方法无法满足柔性电池的制备要求；第三，Pt金属容易与I3 _反应而被腐蚀，使其催化性能下降。因此，近些年来国内外研究者们着力寻找廉价、高效的钼替代材料作为染料敏化太阳能电池对电极，从而推进这类电池的广泛应用。 氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，通常由石墨粉经强氧化和剥离制得，是一种由单层至几十层不等的表面和边缘含有含氧官能团(如羟基、羧基、环氧基)的石墨烯片层组成的层状结构。氧化石墨烯经还原后所得到的还原氧化石墨烯具有导电性、透光性以及催化性能，使其具有作为染料敏化太阳能电池对电极材料的潜力。目前，已报道的可作为对电极材料的还原氧化石墨烯可以通过化学还原、热退火分解或水热等各种手段获得。其中，化学还原法是向氧化石墨烯溶液中加入强还原剂，如水合肼、硼氢化钠等来对其进行还原。热退火分解法是将氧化石墨烯粉末置于高温环境中，利用高温过程去除其表面的含氧官能团。水热法是将氧化石墨烯和其他的有机或无机还原试剂加入反应釜中，在高温、高压下反应，使得氧化石墨烯的含氧官能团被还原。采用化学还原方法制备还原氧化石墨烯对电极需要使用强还原剂，例如水合肼，这些还原试剂具有强的毒性和腐蚀性。而另外两种方法中，均需要使用高温高压的反应条件，制备条件较为苛刻和复杂。因此，还需发展条件温和、环境友好的简易方法制备还原氧化石墨烯对电极。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服采用现有的方法制备还原氧化石墨烯对电极过程需要使用有毒化学试剂或者反应条件苛刻的不足，而提供一种制备条件温和、环境友好的还原氧化石墨烯对电极的简易制备方法及其应用。 本专利技术提供了一种还原氧化石墨烯对电极的制备方法，其中，该方法包括:将含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液涂覆在导电基底上，并去除所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的分散剂，从而在所述导电基底表面形成初生膜，并对所述初生膜进行紫外光照射，从而得到还原氧化石墨烯膜。 本专利技术还提供了本专利技术所述方法制备得到的还原氧化石墨烯对电极在染料敏化太阳能电池中的应用。 本专利技术的专利技术人发现，采用现有技术中的方法来制备还原氧化石墨烯对电极通常需要使用有毒化学试剂，或者需要在高温、高压等苛刻条件下进行，且这些制备方法不便于大规模生产。而本专利技术提供的还原氧化石墨烯对电极的制备方法巧妙地规避了这些复杂过程，采用将氧化石墨烯和二氧化钛的复合物在紫外光下照射，利用二氧化钛激发出的电子对氧化石墨烯进行还原而得到还原氧化石墨烯。本专利技术提供的该制备方法简便，条件温和，环境友好，具有很好的工业应用前景。此外，采用本专利技术的方法制备得到的还原氧化石墨烯对电极的优势还在于，由于制备方法不需要高温处理，因此，可以将本专利技术的所述还原氧化石墨烯材料制备在柔性高分子导电基底上，制成柔性对电极，应用更为广泛。 本专利技术的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。 【附图说明】 附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中: 图1是测试例1，2和3制备的染料敏化太阳能电池Tl (采用对电极CE1)，染料敏化太阳能电池T2 (采用对电极CE2)和染料敏化太阳能电池T3 (采用对电极CE3)在10mW/cm2的模拟太阳光照射下的光电流-电压曲线。 【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。 本专利技术提供的还原氧化石墨烯对电极的制备方法包括:将含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液涂覆在导电基底上，并去除所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的分散剂，从而在所述导电基底表面形成初生膜，并对所述初生膜进行紫外光照射，从而得到还原氧化石墨烯膜。 在本专利技术中，所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液的制备方法没有特别限定，只要能够保证石墨烯在分散剂中有效、充分地分散即可。按照本专利技术的一种优选的实施方式，该制备方法包括:可以将氧化石墨烯分散液与纳米二氧化钛分散液混合。更优选，为了便于所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液的制备，所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液的制备方法包括:将氧化石墨烯分散液与纳米二氧化钛混合，更优选，向氧化石墨烯分散液中加入纳米二氧化钛，并混合均匀。为了使其分散效果更佳，优选上述混合在搅拌或者超声分散条件下进行，混合的时间只要保证氧化石墨烯和纳米二氧化钛分散均匀即可。 在本专利技术中，所述氧化石墨烯在含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的浓度的可选择范围较宽，按照本专利技术的一种优选的实施方式，所述氧化石墨烯在含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的浓度为0.lmg/mL-lmg/mL,更优选为0.2mg/mL-0.9mg/mL0 在本专利技术中，所述氧化石墨烯的结构可以为单层结构或者多层结构(层数可以为2-100 层)。 其中，所述氧化石墨烯分散液可以商购获得，也可以采用本领域技术人员公知的方法制备得到。 按照本专利技术，形成所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的分散剂的种类可以为本领域中常规使用的分散剂。例如，所述分散剂可以为水、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺和丙酮中的一种或多种。所述分散剂为混合分散剂时，不同的分散剂组分之间能够混溶，例如，所述混合分散剂可以为水-乙醇。为了后续易于将分散剂去除，并且所用分散剂的毒性较低，优选，所述分散剂为乙醇。 按照本专利技术，用于制备含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液所用的石墨烯分散液或者上述纳米二氧化钛分散液中分散剂的种类的选择为本领域技术人员常规使用的分散剂，如上所述，可以选自水、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺和丙酮中的一种或多种，优选为乙醇。 此外，纳米二氧化钛分散液亦可以商购获得或者采用本领域技术人员公知的方法制备方法。 在本专利技术选的实施方式中，所述纳米二氧化钛为粒径为1-1OOnm的二氧化钛颗粒，或者为厚度为1-1OOnm的{001}晶面的二氧化钛薄片。 按照本专利技术，所述纳米二氧化钛在所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的浓度的可选择范围较宽，优选情况下，所述纳米二氧化钛在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种还原氧化石墨烯对电极的制备方法，其特征在于，该方法包括：将含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液涂覆在导电基底上，并去除所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的分散剂，从而在所述导电基底表面形成初生膜，并对所述初生膜进行紫外光照射，从而得到还原氧化石墨烯膜。

【技术特征摘要】
1.一种还原氧化石墨烯对电极的制备方法，其特征在于，该方法包括:将含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液涂覆在导电基底上，并去除所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的分散剂，从而在所述导电基底表面形成初生膜，并对所述初生膜进行紫外光照射，从而得到还原氧化石墨烯膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液的制备方法包括:将氧化石墨烯分散液与纳米二氧化钛混合，或者将氧化石墨烯分散液与纳米二氧化钛分散液混合，得到含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述氧化石墨烯在含有氧化石墨烯和纳米二氧化钛的分散液中的浓度为0.lmg/mL-lmg/mL。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，分散液中的分散剂为水、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺和丙酮中的一种或多种，优选为乙醇。5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺蒙，殷雄，吴凡，徐鹏，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11