的方法_2

文档序号:9759169阅读:来源:国知局
甲醇中,再加入丙酮,再在离心速度为4500r/min?5000r/min下离心20min?30min,得到C03O4催化剂;将C03O4催化剂在温度为30°C?40°C下干燥2h?3h,得到干燥的C03O4催化剂;
[0059]步骤八①中所述的四水合乙酸钴的质量与去离子水的体积比为500mg: (ImL?3mL);
[0000]步骤八①中所述的四水合乙酸钴的质量与无水乙醇的体积比为500mg: (20mL?25mL);
[0061]步骤八①中所述的四水合乙酸钴的质量与质量分数为25%的氨水的体积比为5OOmg:(2.5mL?4mL);
[0062]步骤八②中所述的离心后的沉淀物质的质量与甲醇的体积比为0.45g:(12mL?2OmL);
[0063 ]步骤八②中所述的离心后的沉淀物质的质量与丙酮的的体积比为0.4 5 g:(115mL?125mL);
[0064]九、将步骤八得到的干燥的Co3O4催化剂加入到除氧后的CH2Cl2中,再在搅拌速度为300r/min?400r/min下揽摔反应20min?30min,再以8滴/min?10滴/min的滴加速度滴入3-氨丙基-三乙氧基硅烷,再在室温和搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌12h?14h,再进行过滤,得到沉淀物质;使用CH2Cl2对沉淀物质进行清洗2次?5次,再进行干燥,得到改性后的C03O4 ;将改性后的C03O4分散到无水甲醇中,得到改性后的C03O4分散液;
[0065]步骤九中所述的干燥的Co3O4催化剂的质量与CH2Cl2的体积比为10mg:(20mL?3OmL);
[0066]步骤九中所述的干燥的Co3O4催化剂与3-氨丙基-三乙氧基硅烷的质量比为100:(350?400);
[0067 ] 步骤九中所述的改性后的Co 3 04的质量与无水甲醇的体积比为(3 O Omg?3 7 Omg):20mL;
[0068]十、将对甲酰基苯甲酸溶解到无水乙醇中,得到浓度为20mmol/L?25mmol/L的对甲酰基苯甲酸乙醇溶液;将步骤七得到的清洗后的表面负载光敏剂的T12阳极浸入到浓度为20mmol/L?25mmol/L的对甲酰基苯甲酸乙醇溶液中30min?40min,再将清洗后的表面负载光敏剂的T12阳极取出,再使用无水乙醇对清洗后的表面负载光敏剂的T12阳极清洗2次?3次,再在室温下干燥30min?45min,得到对甲酰基苯甲酸乙醇溶液浸泡后的表面负载光敏剂的T12阳极;将对甲酰基苯甲酸乙醇溶液浸泡后的表面负载光敏剂的T12阳极浸入到步骤九得到的改性后的Co3O4分散液中30min?40min,得到含有Co3O4催化剂的染料敏化T12光阳极;
[0069]-| 、合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-轻苯基)苯并咪卩坐-5-羧酸:
[0070]①、将焦硫酸钠溶解到去离子水中,得到焦硫酸钠水溶液;
[0071 ]步骤^^一①中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.6g?0.7g): 3mL ;
[0072]②、将3,5_二叔丁基水杨醛溶解到无水乙醇中,得到3,5_二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液;
[0073]步骤十一②中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为(1.3g?1.6g):20mL;
[0074]③、将焦硫酸钠水溶液分3次?4次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中,再在搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌反应Ih?1.5h,得到反应物A;将反应物A分散到无水乙醇中,再进行过滤,得到白色沉淀物质B;使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次?5次,得到中间产物磺酸盐;
[0075]步骤十一③中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20: (3?5);
[0076]步骤^^一③所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为(Ig?2g):20mL;
[0077]④、将步骤十一③得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中,再在温度为105°C?115°C下搅拌反应4h?6h,再冷却至室温,得到反应物C;将反应物C倒入到去离子水中,再进行过滤,得到沉淀物质D;将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中,再减压蒸馏去除乙酸乙酯,得到仿生氧化还原电对2-(3,5_二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸;
[0078]步骤十一④中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(340mg?350mg):3mL;
[0079]步骤十一④中所述的3,4_二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(145mg?160mg): 3mL;
[0080]步骤^--④中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为(200mg?500mg):
50mL;
[0081 ] 步骤^--④中所述的沉淀物质D与乙酸乙酯的体积比为(200mg?500mg):20mL;
[0082]十二、将步骤^^一④得到的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪挫-5-羧酸溶解到无水乙醇中,得到0.02mmol/L的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸无水乙醇溶液;将步骤十得到的Co3O4催化剂的染料敏化T12光阳极浸入到0.02mmol/L的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-轻苯基)苯并咪卩坐-5-羧酸无水乙醇溶液中Ih?2h,再取出,再使用无水乙醇进行清洗3次?5次,再晒干;得到表面负载Co3O4的T12阳极,即完成一种T12阳极表面负载Co3O4的方法。
[0083]本发明步骤二中所述的FTO导电玻璃购于日本NSG公司,是透明度为90%,电阻为15欧的F掺杂的SnO2透明导电玻璃。
[0084]本发明的优点:
[0085]一、本发明利用廉价金属的氧化物Co3O4来作为催化剂取代于今普遍适用的贵金属催化剂,极大地降低光阳极的成本,成本降低了99.6 %?99.8%;
[0086]二、本发明合成方法简单,容易操作;
[0087]三、本发明制备的表面负载Co3O4的T12阳极在光照条件下表现出了很强的光电流响应,得到了 50uA/cm—2?55uA/cm—2的光电流密度;
[0088]四、本发明制备的表面负载Co3O4的Ti02阳极的电流响应高于Ti O2阳极的电流响应,高于表面负载光敏剂的T12阳极的电流响应;
[0089]五、本发明制备的表面负载Co3O4的T12阳极的最大光电流敏度可增长至87uA/cm一2,且光电流衰减速度明显减慢。
[0090]本发明可获得一种T12阳极表面负载Co3O4的方法。
【附图说明】
[0091 ]图1为实施例一步骤六⑧得到的光敏剂[Ru(bpy) 2 (bpyP03H2) ] (PF6) 2的结构示意图;
[0092]图2为实施例一步骤六⑧得到的光敏剂[Ru(bpy)2(bpyP03H2)](PF6)2的1H-匪R谱图;
[0093]图3为XRD谱图;图3中I为实施例一步骤八②得到的干燥的Co3O4催化剂的XRD曲线,2为尖晶石型四氧化二钻的标准XRD曲线;
[0094]图4为实施例一步骤八②得到的干燥的Co3O4催化剂的SEM图;
[0095]图5为Co3O4的红外谱图;图5中I为实施例一步骤八②得到的干燥的Co3O4催化剂的红外谱图,2为实施例一步骤九得到的改性后的Co3O4的红外谱图;
[0096]图6为实施例一步骤十一④中合成的仿生氧化还原电对2-(3,5_二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的红外谱图;
[0097]图7为实施例一步骤十一④中合成的仿生氧化还原电对2-(3,5_二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的1H-NMR谱;
[0098]图8为光阳极的循环伏安CV图,图8中I为实施例一步骤五得到的T12阳极的循环伏安CV曲线,2为实施例一步骤七得到的清洗后的表面负载光敏剂的T12阳极的循环伏安CV曲线,3为实施例一步骤十二得到的表面负载Co3O4的T12阳极的循环伏安CV曲线;
[0099]图9为光阳极受光照后的电流相应1-T曲线图,图9中I为实施例一步骤五得到的T12阳极受光照后的电流相应1-T曲线,2为实施例一步骤七得到的清洗后的表面负载光敏剂的T12阳极受光照后的电流相应1-T曲线,3为实施例一步骤十二得到的表面负载Co3O4的T i02阳极受光照后的电流相应1-T曲线;
[0100]图10为阳极的光电流响应1-T曲线图,图10中I为实施例一步骤十得到的含有Co3O4催化剂的染料敏化T12光阳极的光电流响应1-T曲线,2为实施例一步骤十二得到的表面负载Co3O4的T12阳极的光电流响应1-T曲线。
【具体实施方式】
[0101]【具体实施方式】一:本实施方式是一种T12阳极表面负载Co3O4的方法是按以下步骤完成的:
[0102]一、制备T12浆料:将T12粉体、松油醇和乙基纤维素加入到无水乙醇中,再在搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌2天?3天,再在室温下陈化2天?3天,得到Ti02楽料;
[0103]步骤一中所述的T12粉体与松油醇的质量比为1:(4.5?4.7);
[0104]步骤一中所述的T12粉体与乙基纤维素的质量比为1:(0.26?0.28);
[0?05]步骤一中所述的Ti02粉体与无水乙醇的质量比为1: (0.9?1);
[0106]二、制备阳极:
[0107]将FTO导电玻璃进行切割,得到尺寸为1.5cm X 2.5cm的FTO导电玻璃;依次使用丙酮、乙醇和去离子水分别对尺寸为1.5cm X 2.5cm的FTO导电玻璃超声清洗15min?20min,再将尺寸为1.5cmX2.5cm的FTO导电玻璃浸泡到无水乙醇中15min?20min,得到阳极;
[0108]步骤二中所述的超声清洗的功率为300W?350W;
[0109]三、涂覆:采用丝网印刷的方法,将步骤一中得到的T12浆料涂覆在步骤二中得到的阳极上,再在室温下放置3min?5min,再放入到温度为90°C?100°C的干燥箱中干燥5min?8min,得到含有T12坯片的FTO导电玻璃;
[0110]四、重复步骤三3次?6次,得到负载厚度为8μπι?12ymTi02坯片的FTO导电玻璃;
[0111]五、将步骤四得到的负载厚度为8μπι?12ymTi02坯片的FTO导电玻璃放入到温度为320°C?330°C的马弗炉中烧结5min?8min,然后在温度为370°C?380°C下烧结5min?8min,再在温度为450°C?460°C下烧结15min?20min,最后在温度为500°C?510°C下烧结15min?20min,再自然冷却至室温,得到Ti02阳极;
[0112]六、制备光敏剂Ru(bpy) 2 (bpyP03H2) (PF6)2:
[0113]①、合成4,47-二羧酸-2,2'-联吡啶:
[0114]将4,V-二甲基-2,7!-联吡啶溶解到质量分数为96 %?98 %的硫酸中,再在搅拌速度为300r/min?400r/min下加入K2Cr207至K2Cr207溶解到硫酸中,停止搅拌,冷却至室温,得到反应物;将反应物倒入到冰水混合物中,再进行过滤,得到沉淀物质,使用去离子水对沉淀物质进行洗涤2次?3次,再在温度为65°C?80°C下进行干燥3h?5h,得到淡黄色物质;将淡黄色物质加入到6mol/L?7mol/L的硝酸中,再在温度为100°C?110°C下搅拌反应8h?9h,得到反应液;将反应液自然冷却至室温,再倒入到温度为0°C?4°C的蒸馏水中,再进行过滤,得到过滤后的沉淀物质;依次使用蒸馏水和丙酮分别对沉淀物质清洗2次?3次,再在温度为651?801下干燥311?511,得到4,4/ -二羧酸-2,2'-联吡啶;
[0115]步骤六①中所述的4,V-二甲基-2,2。联吡啶的质量与质量分数为96%?98%的硫酸的体积比为(1.5g?2g):43mL;
[0116]步骤六①中所述的K2Cr2O7的质量与质量分数为96%?98%的硫酸的体积比为(8g?9g):43mL;
[0117]步骤六①中所述的质量分数为96%?98%的硫酸与6mol/L?7mol/L的硝酸的体积比为43:60;
[0118]②、合成2,2。联吡啶-4,4:二甲酸甲酯:
[0119]将4,f-二羧酸-2,2?关吡啶加入到无水乙醇中,再在搅拌速度为300r/min?400r/min下加入质量分数为98%的硫酸,再在搅拌速度为300r/min?400r/min和温度为78°C?85°C下搅拌反应45h?50h,再自然冷却至室温,再加入到去离子水中,再在温度为35°C?40°C下减压蒸馏去除无水乙醇,得到反应液;再使用饱和碳酸氢钠溶液调节反应液的pH值为7?8,再进行过滤,再使用去离子水清洗过滤后得到的沉淀物质2次?4次,得到2,2'-联吡啶-4,V -二甲酸甲酯;
[0120]步骤六②中所述的4,V-二羧酸-2,2'-联吡啶的质量与无水乙醇的体积比为(1.1g?I.3g):1OOmL;
[0121]步骤六②中所述的4,V-二羧酸-2,2。联吡啶的质量与质量分数为98%的硫酸的体积比为(I.Ig?1.3g): 1.5mL;
[0122]步骤六②中所述的4,V-二羧酸-2,联吡啶的质量与去离子水的体积比为(1.1g?I.3g):1OOmL;
[0123]③、合成2,I'-联吡啶-4-二甲醇:将步骤六②得到的2,27_联吡啶_4-二甲酸甲酯加入到无水乙醇中,再加入硼氢化钠,再在温度为78°C?85°C和搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌反应3h?4h,再自然冷至室温,再使用饱和氯化铵溶液进行萃取,取萃取后得到的有机层进行减压蒸馏,去除无水乙醇,得到固体物质;将固体物质加入到去离子水中,在使用乙酸乙酯进行萃取,取有机层物质,得到萃取液;使用无水硫酸钠对萃取液进行干燥,再在温度为35°C?
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