专利名称：一种铂合金电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铂合金电极及其制备方法，特别应用于染料敏化太阳能电池技术领域。 该电极制备方法也可应用于燃料电池领域。
背景技术：
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的洁净能源，是对人类充满魅力的能源。利用太阳能 电池将太阳能直接转换为电能一直是科学家们的追求目标。染料敏化太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)是一类新型太阳能电池。 20世纪90年代初，瑞士洛桑高等工业学院的Gr^itzel教授和他的研究小组发表的A low cost, high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal Ti02 film. Nature, 1991, 353:737 Regan B 0， Gr&zel M， et al.采用高比表面积的纳米多孔Ti02膜做半导体电极， 以过渡金属Ru或0s的有机络合物作敏化染料，以(I37I —)溶液为电解质研制出一种纳米 晶DSSC，其光电转换效率达到7%以上(后来又提高到l(Tll%)，由此掀起了高效DSSC的研 发热潮。1997年，这种Gr&zel电池己经应用于电致变色器件如Brian A Gregg. Photoelectrochromic cells and their applications. Endeavour, 1997， 21(2):52 55， 禾口 Bechinger C， Gregg B A. Development of a self-powered electrochromic device for light modulation without external power supply. Solar Energy Materials and Solar Cells ,1998 ,54 :405 410所述；人们预计，在未来的几年内，这种太阳能电池将进入实用 阶段。目前，DSSC的光电转化效率已能稳定在10%以上，寿命能达15 20年。DSSC与传统的太阳能电池相比，最引人瞩目的是其所具有的巨大的价格优势，其制造成 本仅为硅太阳能电池的1/5 1/10。 DSSC潜在的应用前景十分广阔，由于DSSC透明度高，根 据所用的染料不同可选择色彩等特点，可以考虑其在设计面上的优越性。此外，由于DSSC对 温度和入射光角度依赖小，使之可能用作建筑物的商品化壁材或与智能窗并用等。DSSC上的对电极(光阴极) 一般使用贵金属Pt，主要原因在于其高催化活性和相对较低 的超电势。陈今茂等2005， 50(1)在科学通报发表关于纳晶敏化太阳能电池中铂修饰对电极 的一种新制法，用自组装法在FTO导电面上制备了纳米级的Pt电极，其粒径在15nm左右； 方晓明等2006，27(2)在太阳能学报发表染料敏化纳米薄膜太阳能电池的新型对电极研究， 采用溅射法在导电玻璃等不同基体上形成Pt薄膜层;采用浸渍法在导电玻璃上沉积制备DSSC 用Pt电极也有报道。但是，Pt对电极本身的成本较高，在性能上也有诸多问题尚待解决， 譬如Pt的溶解和中毒问题。发明内容本发明的目的在于解决现有技术的不足，提出一种用于染料敏化太阳能电池的PtRu对电极以及制备此电极的电沉积方法。本发明的铂合金电极，是在导电玻璃上沉积PtRu为电极。本发明的铂合金电极的制备方法，其步骤如下 (1 )配制H2PtCUP RuCl3混合水溶液，'混合溶液中H2PtCle浓度为9 X 10—4 2. 0 X l(T3 mol *L_1， RuCl3浓度为1. 5X10—3 3. 5X10—3 raol L—、(2) 将固体(NH》2HP04和固体Na2HP(X依次加入到上述混合溶液中，室温下搅拌。(NH4)2HP04 和^2朋04的加入量分别为5 6 g/L和15 20g/L;(3) 将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色， 加入5%NaOH或Na2C03饱和水溶液调pH值至7 8;(4) 将所述步骤(3)所得溶液加蒸馏水稀释至歩骤(1)混合液的原有体积，以ITO导 电玻璃为阴极进行电沉积，电流密度10 30mA cnT2，电沉积时间1 2分钟，电解液温度70 80 °C;(5) 将所述步骤(4)沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保 存在干燥环境中。所述的ITO导电玻璃使用前用0. 5%~2% NaOH水溶液浸泡2小时以上，然后依次用蒸馏水、 丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗，吹干后置于在蒸馏水中备用；。 -本发明的铂合金电极，在染料敏化太阳能电池中作为光阴极使用，该电极制备方法也可 应用于燃料电池领域。本发明的Pt-Ru/ITO电极的金属粒子尺寸为纳米级，表面结构致密，而且分布较为均匀。 对L —的电化学还原具有良好的电催化活性，在DSSC电解液中较Pt电极性能更为稳定。
图1 (a):实施例lPt-Ru/IT0电极的SEM照片； 图1 (b)实施例1EDS测试图; 图2 (a):实施例2Pt-Ru/ITO电极的SEM照片； 图2 (b)实施例2EDS测试图。
具体实施方式
实施例l:(1) 配制100ml H2PtCle和RuCl3混合水溶液，H2PtCU浓度为1. 93X l(T3 mol L_1， RuCl3 浓度为2. 7X10—3 mol L-1;(2) 将0.5g固体(NH4)2HP04和1.5g固体船2^04依次加入到上述混合溶液中，室温下搅拌；(3) 将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色， 加入5XNaOH (或Na2C03饱和水溶液)溶液调pH值至8。(4) 将所述步骤(3)所得溶液稀释至100 ml，以ITO导电玻璃为阴极进行电沉积。电 流密度25 mA cm2，电沉积时间].5分钟，电解液温度7(TC;(5) 所述步骤(4)中，商品ITO导电玻璃使用前用0.5呢NaOH水溶液浸泡5小时，然后依次用蒸馏水、丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗，吹干后置于在蒸馏水中备用；(6)将所述步骤(4)沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保 存在千燥环境中。采用荷兰phlilps公司的XL30ESEM型环境扫描电子显微镜，放大倍数为1-10万倍，加 速电压0.2-30KV，采用计算机采集图像；该仪器配备英国OXFORD公司ISIS300型射线能谱 仪透射电子显微镜，可以进行EDS分析测试。实施效果见附图1 (a) (b) ， Pt-Ru原子比为76. 4/23. 6.实施例2:(1) 配制100ml H2PtCle和RuCl3混合水溶液，H2PtCle浓度为0. 9X 10—3 mol L—'，紅13浓 度为l. 5X10—3 mol L—、(2) 将0.6g固体(NH》2HP04和2.0g固体％2朋04依次加入到上述混合溶液中，室温下搅拌；(3) 将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色， 加入Na2C03饱和水溶液溶液调pH值至7。(4) 将所述步骤(3)所得溶液稀释至100 ml，以ITO导电玻璃为阴极进行电沉积。电 流密度15raA cm—2,电沉积时间2. 0分钟，电解液温度80°C;(5) 所述步骤(4)中，商品ITO导电玻璃使用前用1 % NaOH水溶液浸泡3小时，然后 依次用蒸馏水、丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗，吹干后置于在蒸馏水中备用；(6) 将所述步骤(4)沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保 存在干燥环境中。实施效果见附图2 (a) (b) ，Pt-Ru原子比为90.2/9.8。 实施例3(1) 配制100ml H2PtCle和RuCl3混合水溶液，H2PtCL浓度为2X 10-3 mol L—、 RuCL浓度 为3. 5X10—3 mol L—1;(2) 将0.55g固体(NH4)2HP04和1. 7g固体Na2HP04依次加入到上述混合溶液中，室温下搅拌；(3) 将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色， 加入Na2C03饱和水溶液溶液调pH值至7. 5。(4) 将所述步骤(3)所得溶液稀释至100ml，以ITO导电玻璃为阴极进行电沉积。电流 密度30 mA cm—2，电沉积时间1. 0分钟，电解液温度75°C;(5) 所述步骤(4)中，商品ITO导电玻璃使用前用2 % NaOH水溶液浸泡2小时，然后 依次用蒸馏水、丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗，吹干后置于在蒸馏水中备用；(6) 将所述步骤(4)沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保 存在干燥环境中。本发明公开和提出的用于染料敏化太阳能电池的铂合金电极及制备方法，本领域技术人 员可通过借鉴本文内容，适当改变原料组成与配比等环节实现。本发明的产品和方法已通过 较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所 有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精 神、范围和内容中。
权利要求
1. 一种铂合金电极，其特征是在导电玻璃上沉积PtRu为电极。
2. 权利要求1的一种铂合金电极的制备方法，其特征是步骤如下(1 )配制H2PtCl6和RuCl3混合水溶液，混合溶液中H2PtCl6浓度为9 X 10—4 2. 0 X 10_3 mol L—'， RuCl3浓度为L 5X10_3 3. 5X10—3 mol L—';(2) 将固体(NH4) 2HP04和固体Na2HP04依次加入到上述混合溶液中，室温下搅拌，(NH4) 2HP04 和Na2HP(X的加入量分别为5 6 g/L和15 20g/L;(3) 将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色， 加入5%NaOH或Na2C03饱和水溶液调pH值至7 8;(4) 将所述步骤(3)所得溶液加蒸馏水稀释至步骤(1)混合液的原有体积，以ITO导 电玻璃为阴极进行电沉积，电流密度10 30mA cnT2，电沉积时间1 2分钟，电解液温度 70 80°C;(5) 将所述步骤(4)沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保 存在干燥环境中。
3. 如权利要求2所述的铂合金电极的制备方法，其特征是所述的ITO导电玻璃使用前用 0.5%~2% NaOH水溶液浸泡2小时以上，然后依次用蒸馏水、丙酮、二次去离子水、无水 乙醇清洗，吹干后保存在蒸馏水中，电沉积时直接取出使用。
4. 如权利要求1所述的铂合金电极，其特征是所述的铂合金电极在染料敏化太阳能电池中 作为光阴极使用。
全文摘要
本发明涉及一种铂合金电极及其制备方法。配制H<sub>2</sub>PtCl<sub>6</sub>和RuCl<sub>3</sub>混合水溶液，加入(NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>和Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>；将上述混合液加热至近沸腾状态，至氨的气味逐渐消失，溶液由黄色转变成无色，加入5％NaOH或Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>饱和水溶液调pH值至7～8；以ITO导电玻璃为阴极进行电沉积，电流密度10～30mA·cm<sup>-2</sup>，电沉积时间1～2分钟，电解液温度70～80℃；将沉积PtRu/ITO电极用蒸馏水冲洗干净，晾干，装配电池前常温保存在干燥环境中。本发明的Pt-Ru/ITO电极的金属粒子尺寸为纳米级，表面结构致密，而且分布较为均匀。对I<sub>3</sub><sup>-</sup>的电化学还原具有良好的电催化活性，在DSSC电解液中较Pt电极性能更为稳定。本发明的铂合金电极在染料敏化太阳能电池中作为光阴极使用，该电极制备方法也可应用于燃料电池领域。
文档编号H01M4/88GK101271775SQ200810052959
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者刘小东, 单忠强, 田建华, 赵沧燕 申请人:天津大学