一种核壳材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳材料的制备方法及其应用，属于材料制造技术领域，所述制备方法包含以下步骤：在FTO基底上，涂敷ZnO种子层，利用溶剂热方式生长出ZnO纳米棒；然后在ZnO纳米棒上涂敷含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液，最后退火得到核壳材料，所述核壳材料的结构为ZnO@AgSbS2。本发明专利技术的制备方法简单、重复性高；得到的核壳材料用于制备钙钛矿电池，转换效率较高。转换效率较高。转换效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于材料制造
，具体涉及一种核壳材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]氧化锌由于其多样的纳米结构和极快的电子传输速率，是一种非常优异的光电半导体材料；特别是ZnO纳米线、纳米管或者纳米棒，能为电子传输提供一种直接路径，有效减少载流子的复合，在电催化制氢以及光伏电池中作为电子传输材料被广泛应用。然而，由于ZnO的禁带宽度，ZnO基的光电极或者作为电池的电子传输材料，却只能吸收紫外部分，这一缺点限制了其在催化和电池中的实际应用。
[0003]为了解决上述问题，众多研究中通过元素掺杂和窄带隙半导体耦合来尝试拓宽ZnO的吸附光谱。其中，通过ZnO为基板，在其表面沉积或者包覆一种其他合适带隙的光电材料，是能有效解决其带隙缺陷的一种有效方法。例如硫化银锑(AgSbS2)，具有在可见光区1.72eV的合适带隙和较高的吸收系数，目前已经被广泛应用在电催化等领域，但是制备方法比较复杂；另外，在太阳能电池中，晶硅电池已经是市场比较成熟的电池材料，但随着其相应的电池效率达到一定极限，开发和应用新一代电池材料也是重要的研究趋势。目前在第三代电池中，钙钛矿电池因其能和晶硅媲美的效率和经济性，已经成为新的研究热点。尽管钙钛矿材料具备高性能，但其原始材料中仍存在含有的高毒性铅及其电池的稳定性差等问题。因此，开发新型、高效的吸光材料也是光伏领域中的重要研究之一。目前，AgSbS2常被用在电催化等领域，但其在太阳能电池中的应用研究仍然相对较少，而以低毒Sb、Bi等金属的硫化物目前已经被证实是一些潜在的吸光材料被用在太阳能电池上。因此，通过ZnO和类似AgSbS2等硫化物进行材料的复合制备，有望开拓出优异性能的光电材料。
[0004]中国专利申请201710748920.5公开了一种核壳材料，所述核壳材料的核物质选自多金属氧化物中的至少一种，其通过多层前躯体的方法制备得到；所述核壳材料的壳物质主要为多金属氧化物。所述核壳材料作为正极材料用于锂离子电池领域在发挥高容量优势的同时，具有较好的空气稳定性和安全性能。但该专利中的核壳材料的需要核内含金属前驱体材料重复多次与壳层材料的溶液混合，中间涉及多次pH调控、洗涤、分离及干燥或者混合研磨工序才能得到，程序相对复杂；且在洗涤或者分离的过程中，存在材料组分实际含量不可精控、结果可能重复性不高的弊端。
[0005]因此，有必要探索一种制备过程简单，重复性高，可制备出优异电性能电池的核壳材料的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种核壳结构材料的制备方法及其应用。本专利技术以ZnO线棒为基础材料，通过简单的金属硫化物前驱体溶液进行旋涂煅烧，制备出一种ZnO@AgSbS2棒核壳材料；后期将该核壳材料用于制备钙钛矿电池，开拓了此类材料在钙钛矿电池中的应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种核壳材料的制备方法，包含以下步骤：在FTO基底上，涂敷ZnO种子层，利用溶剂热方式生长出ZnO纳米棒；然后在ZnO纳米棒上涂敷含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液，最后退火得到核壳材料。
[0009]进一步地，所述ZnO纳米棒的制备方法包括以下步骤：将带有ZnO种子层的FTO基底放入含有硝酸锌、六亚甲基四胺和六甲基磷酰三胺的混合溶液中90℃下反应2
‑
4h。
[0010]进一步地，所述混合溶液中硝酸锌、六亚甲基四胺和六甲基磷酰三胺的摩尔比为4
‑
6：4
‑
5：0.4
‑
0.6。在一些具体的实施方式中，所述混合溶液中硝酸锌、六亚甲基四胺和六甲基磷酰三胺的浓度分别为0.05mol/L、0.045mol/L、0.005mol/L。
[0011]进一步地，所述ZnO种子层所用溶液的制备方法包括以下步骤：将2.95g醋酸锌溶解在120mL的乙醇溶液中，然后逐滴滴落含有KOH的乙醇溶液(1.45mg的KOH溶解在60mL乙醇中)，65℃下加热20min。
[0012]进一步地，所述含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液，也可以是含有银离子、锑离子和硫源的其他溶液，只要能形成单一的AgSbS2即可。
[0013]进一步地，所述核壳材料的结构为ZnO@AgSbS2，所述结构也可以是ZnO@AgBiS2、ZnO@CuBiS2、ZnO@Ag3CuS2、ZnO@CuSbS2、ZnO@Ag3Cu
X
Zn1‑
X
S2、ZnO@AgBi
X
Sb1‑
X
S2中的任意一种，所述ZnO@Ag3Cu
X
Zn1‑
X
S2、ZnO@AgBi
X
Sb1‑
X
S2中X为0
‑
1之间的任何数值。
[0014]进一步地，所述含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液中，AgNO3、SbCl3、硫代乙酰胺的摩尔比为0.9
‑
1.1：1.0
‑
1.2：1.9
‑
2.2，乙醇和N，N二甲基甲酰胺的体积比为1：1
‑
10。
[0015]进一步地，所述含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液中，AgNO3的浓度为0.01
‑
1mol/L，优选为0.1mol/L。
[0016]进一步地，所述含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液中，乙醇也可替换为二甲基亚砜。
[0017]进一步地，所述退火包括以下步骤：在ZnO纳米棒上涂敷含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的N，N二甲基甲酰胺溶液后，200℃煅烧4
‑
7min，所述煅烧步骤重复4
‑
6次；然后用N，N二甲基甲酰胺冲洗后350℃下煅烧25
‑
35min，最终得到核壳材料。
[0018]进一步地，所述的制备方法得到的核壳材料。
[0019]进一步地，所述制备方法得到的核壳材料或所述核壳材料在制备钙钛矿电池中的应用。
[0020]进一步地，所述钙钛矿电池的制备方法包括以下步骤：在所述核壳材料上涂敷聚3
‑
己基噻吩，150
‑
170℃退火8
‑
12min，冷却后蒸镀银或金电极组装成钙钛矿电池。
[0021]全文中出现的@均表示被包覆。
[0022]在一些具体的实施方式中，所述核壳材料的制备方法如下：
[0023](1)ZnO种子溶液的制备：将2.95g醋酸锌溶解在120mL的乙醇溶液中，然后逐滴滴落含有KOH的乙醇溶液(1.45mg的KOH溶解在60mL乙醇中)，65℃下加热20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：在FTO基底上，涂敷ZnO种子层，利用溶剂热方式生长出ZnO纳米棒；然后在ZnO纳米棒上涂敷含有AgNO3、SbCl3和硫代乙酰胺的乙醇和N，N二甲基甲酰胺的混合溶液，最后退火得到核壳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述ZnO纳米棒的制备方法包括以下步骤：将带有ZnO种子层的FTO基底放入含有硝酸锌、六亚甲基四胺和六甲基磷酰三胺的混合溶液中90℃下反应2
‑
4h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中硝酸锌、六亚甲基四胺和六甲基磷酰三胺的摩尔比为4
‑
6：4
‑
5：0.4
‑
0.6。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述核壳材料的结构为ZnO@AgSbS2，所述结构也可以是ZnO@AgBiS2、ZnO@CuBiS2、ZnO@Ag3CuS2、ZnO@CuSbS2、ZnO@Ag3Cu
X
Zn1‑
X
S2、ZnO@AgBi
X
Sb1‑
X
S2中的任意一种，所述ZnO@Ag3Cu
X
Zn1‑
X
S2、ZnO@AgBi
X
Sb1‑
X
S2中X为0
‑
1之间的任何数值。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含有AgNO3、S...

【专利技术属性】
技术研发人员：何敬敬，牛强，赵长森，
申请(专利权)人：内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：