一种分等级锡酸锌亚/微球材料的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种分等级锡酸锌亚/微球材料的制备方法与应用。它是将锡盐和锌盐溶解在水或水/醇、氟盐和硼酸的混合溶剂中，加入碱调节pH值，进行水热反应；将水热反应后所得到的白色产物离心分离，经过水和醇各洗三次，然后在烘箱中干燥，即得到分等级锡酸锌亚/微球材料；所述的锡盐和锌盐分别指的是：水氯化亚锡、硫酸亚锡、草酸亚锡或五水四氯化锡，锡盐的摩尔浓度为0.01~0.5 mol/L；锌盐为二水醋酸锌、硝酸锌、氯化锌或硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.02~1.0 mol/L。本发明专利技术方法简单、方便、快速、重现性好，合成的分等级锡酸锌大孔材料可广泛用于太阳电池、锂离子电池、光催化等领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】本申请得到国家自然科学基金青年基金项目(5150225)，天津师范大学校开发基金(52xkl508)和天津师范大学引进人才项目(5RL131)的资助。
本专利技术涉及锡酸锌(Zn2SnO4)亚/微球材料的制备
，具体涉及一种分等级锡酸锌亚/微球材料的可控制备方法，尤其是将其应用在染料敏化太阳电池上。
技术介绍
Zn2SnO4是宽带隙(Eg=3.6-3.8 eV)的三元氧化物，具有特殊的性质，且性能容易调节，导带位置仅比T12低0.1 eV，等电点(IEP pH=6.5)，其电子迀移率高达10-15 cm2 V—1S一^Zn2SnO4的化学性质稳定，在酸性的N719染料中具有很好的稳定性。Zn2SnO4作为一类重要的纳米结构材料，其制备技术已日趋成熟并逐步实用化，在太阳电池、光催化、气体传感器、锂离子电池、吸附、分离、药物释放等领域具有很多重要的应用。分等级Zn2SnO4亚/微球结构材料由于具有较快的电子传输速率、较长的电子传输寿命、较好的光散射能力等优点而引起了众多研究者的关注，因此其被认为有可能大大提高太阳电池的光电转换效率，是目前关于Zn2SnO4光阳极材料的研究趋势和研究热点。然而关于分等级Zn2SnO4光阳极材料在染料敏化太阳电池中的应用，目前文献上报道较少，而且光电转换效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于基于目前Zn2SnO4亚/微球结构材料的制备技术已日趋成熟并且逐步实用化，在太阳电池、锂离子电池、光催化、吸附、分离、气体传感器药物释放、等领域具有很多重要的应用，提供一种由纳米片组装而成的微球材料的溶剂热制备方法，其具有合成方法简单、方便、快速及重现性好等很多优势。通过调整优化实验条件控制锡酸锌微/纳球尺寸，并且将所制备的Zn2SnO4亚/微球结构材料应用到染料敏化太阳电池中，研究Zn2SnO4亚/微球尺寸对染料敏化太阳电池性能的影响。本专利技术目的通过以下技术方案来实现: 一种分等级锡酸锌亚/微球材料，其特征在于它是由锡盐和锌盐组成;锡盐的摩尔浓度为0.01?0.5 11101/1，锌盐的摩尔浓度为0.02~1.0 mol/L，所述的锡盐为:水氯化亚锡、硫酸亚锡、草酸亚锡或五水四氯化锡，所述的锌盐为二水醋酸锌、硝酸锌、氯化锌或硫酸锌;分等级锡酸锌亚/微球材料的尺寸为600?2000 nm。本专利技术进一步公开加了分等级锡酸锌亚/微球材料的制备方法，包括如下步骤: (1)将锡盐和锌盐溶解在水或水/醇、氟化铵和硼酸的混合溶剂中，加入碱调节PH值，进行水热反应； (2)将水热反应后所得到的白色产物离心分离，经过水和醇各洗三次，然后在烘箱中干燥，即得到分等级锡酸锌亚/微球材料。利用本专利技术的水热合成法制备了由锡酸锌片组成的分等级锡酸锌亚/微球材料(600?2000 nm)0作为一种优选方案，上述制备方法中，所述锡盐为二水氯化亚锡、硫酸亚锡、草酸亚锡、或五水四氯化锡等，锡盐的摩尔浓度为0.01-0.5 mol/L,锌盐为二水醋酸锌、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.02-1.0 mol/L。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述醇为乙二醇、I，2-丙二醇、一缩二乙二醇、聚乙二醇、1，4-丁二醇或丙三醇;其中，水的体积占混合溶剂体积的10?90 %。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述的氟盐为氟化铵、氟化钠、氟化钾。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述的硼盐为硼酸、硼酸钠、硼酸钾。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述的碱为氢氧化钠、乙二胺、氢氧化钾、二乙醇胺、氨水，pH值为8?14。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述水热反应是通过烘箱完成的，反应温度为 160-240 °C。作为一种优选方案，上述制备方法中，所述水热反应的时间为0.5?60ho作为一种优选方案，上述制备方法中，所述干燥的温度为60?100°C。本专利技术方法制得的分等级锡酸锌亚/微球材料利用X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜等进行了详细的表征(见图1-3)。所述分等级锡酸锌亚/微球材料的制备方法是直接一步经过水热反应而得到。本专利技术更进一步公开了分等级锡酸锌亚/微球材料用于染料敏化太阳电池
实验结果表明:600?2000 nm分等级锡酸锌亚/微球材料特别是:1.20 μπι分等级Zn2SnO4微球具有最高的光电转化效率，具有较快的电子传输速率，较慢的电子复合速率进和较高的电子收集效率。本专利技术公开的分等级锡酸锌亚/微球材料的可控制备方法与现有技术相比，本专利技术具有如下优点: (1)本专利技术利用水热法制备由纳米片组成的分等级锡酸锌亚/微球材料，此制备方法具有简单、快速、方便及重现性好等优点； (2)本专利技术制备方法所得的分等级锡酸锌亚/微球材料可以用做染料敏化太阳电池的光阳极材料，此种太阳电池主要是模仿光合作用原理而研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是:(a)成本低、原材料丰富、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势；(b)同时所有原材料和生产工艺无毒、无污染，部分材料可以得到充分的回收利用，对新能源与可再生能源的开发利用及保护人类环境具有重要的意义。【附图说明】图1为粉末衍射数据:水热反应后的1.20μπι锡酸锌微球； 图2为1.20μπι分等级锡酸锌微球的(a)低倍扫描电镜图，(b)高倍扫描电镜图； 图3为1.20μπι分等级锡酸锌微球的透射电镜图，其右上角和右下角分别是锡酸锌片的高分辨透射电镜图和电子衍射图； 图4为1.20μπι分等级锡酸锌微球的生长示意图； 图5为基于?15.Ομπι厚的不同尺寸Zn2SnO4膜的染料敏化太阳电池的光电流-电压曲线； 图6为基于?15.0μηι厚的不同尺寸Zn2Sn04膜的(a)电子传输/复合时间，(b)电荷收集效率。【具体实施方式】下面通过具体的实施方案叙述本专利技术。除非特别说明，本专利技术中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本专利技术的范围，本专利技术的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本专利技术实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本专利技术的保护范围。本专利技术所用到的化工原料均由市售。实施例1 利用五水四氯化锡、二水醋酸锌、水、氟化铵、硼酸和碱作为原料，利用水热合成分等级锡酸锌微球材料。首先分别称 1.4024g SnCl4.5H20，1.756g Zn(CH3COO)2.2H20，1.776gNH4F，1.480g H3BO3加入到100 mL烧杯中，用量筒量取80 mLH20加入到烧杯中，在搅拌状态下加入2.0g NaOH，持续搅拌30 min，使其成为均匀溶液，随后将该溶液全部转移至100 mL聚四氟乙烯反应釜中，并将反应釜不锈钢外套封紧，当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分等级锡酸锌亚/微球材料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：（1）将锡盐和锌盐溶解在水或水/醇、氟盐和硼酸的混合溶剂中，加入碱调节pH值，进行水热反应；（2）将水热反应后所得到的白色产物离心分离，经过水和醇各洗三次，然后在烘箱中干燥，即得到分等级锡酸锌亚/微球材料；所述的氟盐为氟化铵、氟化钠、氟化钾；所述硼盐为硼酸、硼酸钠、硼酸钾；所述的锡盐和锌盐分别指的是：水氯化亚锡、硫酸亚锡、草酸亚锡、或五水四氯化锡，锡盐的摩尔浓度为0.01~0.5 mol/L；锌盐为二水醋酸锌、硝酸锌、氯化锌或硫酸锌，锌盐的摩尔浓度为0.02~1.0 mol/L。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉芬，李建文，李喜飞，李德军，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12