薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明旨在提出一种以PS胶体晶体为模板制备的三维有序大孔TiO2，并构建了分层次有序大孔TiO2双层膜。一种大孔TiO2薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：胶体微球的制备；步骤2：PS胶体晶体的制备；步骤3：大孔TiO2薄膜的制备。本发明制得的大孔TiO2薄膜，其孔结构高度有序，孔径均匀(约为200nm)，大孔之间是由规则排列的小孔相互连通，形成了三维有序排列的通道网络，样品的孔间距与原模板的球心间距相比缩小了近20％，表明在煅烧过程中大孔骨架结构产生了一定程度的收缩，有序大孔TiO2双层膜与纯P25薄膜为光阳极的DSSCs相比，光电转换效率提高了46.15％。
【专利说明】 一种大孔T12薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料化学【技术领域】，具体涉及一种大孔T12薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]DSSCs由染料敏化半导体氧化物薄膜(通常为锐钛矿型T12)、电解质、对电极和导电基底组成。作为光阳极，纳米T12薄膜是电荷分离和传输的载体，在DSSCs中起着至关重要的作用。在目前所报道的T12光阳极制备方法中，得到的大多为无序结构的T12薄膜。而多孔膜中无序堆积的纳米T12颗粒减慢了电子的扩散速率，导致光阳极中电子与电解质和染料的复合加剧，从而降低了电子的收集效率。目前，如何制备有序结构的T12电极，以缩短电子传输路程并使其传输通道更通畅，降低电子空穴对的复合来提高电池的T)成为研究热点。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提出一种以PS胶体晶体为模板制备的三维有序大孔T12，并构建了分层次有序大孔T12双层膜。
[0004]本发明的技术方案在于:
一种大孔T12薄膜的制备方法，包括以下步骤:
步骤1:胶体微球的制备:
(I):原材料的准备:苯乙烯、丙烯酸、过硫酸钾、钛酸四异丙酯、无水乙醇、异丙醇、二乙醇胺、浓硫酸、过氧化氢、乙酰丙酮和OP乳化剂；N719染料和电解液；其中，苯乙烯单体通过5% (质量分数)的氢氧化钠溶液去除阻聚剂，过硫酸钾在40°C下进行重结晶。
[0005](2)胶体微球的制备:
2-1:向四口烧瓶中加入Sg苯乙烯单体和Ig丙烯酸单体，在氮气保护下搅拌回流；
2-2:待溶液加热到70°C恒温后，以2mL / min的速度缓慢滴加含有引发剂KPS水溶液其中，KPS水溶液的制备方法为将0.29 KPS溶于80mL去离子水中，滴加前预热至70°C即可；
2-3:在氮气保护下以300r / min的磁力搅拌反应1h ；
2-4:反应结束自然冷却至室温，将获得的PS乳胶液离心洗涤数次，制得胶体微球，备用。
[0006]步骤2:PS胶体晶体的制备:
(1)载玻片的处理:在98% (质量分数)的H2SO4和30 % (质量分数)的H2O2混合溶液(体积比为3:1)中浸泡12h进行亲水处理；
(2)将上述载玻片和导电玻璃依次放人异丙醇、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，并在氮气流中干燥，备用；
(3)在温度为55°C和相对湿度为70%的条件下，将基片垂直浸入PS微球悬浮液(0.3%(质量分数)中，静置12h，即可在基片表面获得自组装的胶体晶体，取出后自然干燥。
[0007]步骤3:大孔T12薄膜的制备:
(O:将钛酸四异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水混合，得到T12前驱体溶胶；
(2):将经过上述步骤2获得的胶体晶体垂直浸溃在钛溶胶中，然后以2.5mm/s的提拉速度将胶体晶体抽出，溶胶渗入到胶体晶体的空隙中，得到钛溶胶/ PS胶体晶体的复合物；
(3)将经过浸溃处理的上述复合物充分暴露在空气中直至完全干燥，升温后保温2h后随炉冷却至室温，即制得大孔T12薄膜。
[0008]优选地，所述钛酸四异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水以1:7.44:0.24:0.06的质量比混合。
[0009]或者优选地，所述胶体晶体垂直浸溃在钛溶胶的时间为lmin。
[0010]或者优选地，所述步骤3中升温速度为2°C / min,升温到500°C。
[0011]本发明的技术效果在于:
本发明制得的大孔T12薄膜，其孔结构高度有序，孔径均匀(约为200nm)，大孔之间是由规则排列的小孔相互连通，形成了三维有序排列的通道网络，样品的孔间距与原模板的球心间距相比缩小了近20%，表明在煅烧过程中大孔骨架结构产生了一定程度的收缩，有序大孔T12双层膜与纯P25薄膜为光阳极的DSSCs相比，
光电转换效率提高了 46.15%。
【具体实施方式】
[0012]一种大孔T12薄膜的制备方法，包括以下步骤:
步骤1:胶体微球的制备:
(I):原材料的准备:苯乙烯、丙烯酸、过硫酸钾、钛酸四异丙酯、无水乙醇、异丙醇、二乙醇胺、浓硫酸、过氧化氢、乙酰丙酮和OP乳化剂；N719染料和电解液；其中，苯乙烯单体通过5% (质量分数)的氢氧化钠溶液去除阻聚剂，过硫酸钾在40°C下进行重结晶。
[0013](2)胶体微球的制备:
2-1:向四口烧瓶中加入Sg苯乙烯单体和Ig丙烯酸单体，在氮气保护下搅拌回流；
2-2:待溶液加热到70°C恒温后，以2mL / min的速度缓慢滴加含有引发剂KPS水溶液其中，KPS水溶液的制备方法为将0.29 KPS溶于80mL去离子水中，滴加前预热至70°C即可；
2-3:在氮气保护下以300r / min的磁力搅拌反应1h ；
2-4:反应结束自然冷却至室温，将获得的PS乳胶液离心洗涤数次，制得胶体微球，备用。
[0014]步骤2:PS胶体晶体的制备:
(1)载玻片的处理:在98% (质量分数)的H2SO4和30 % (质量分数)的H2O2混合溶液(体积比为3:1)中浸泡12h进行亲水处理；
(2)将上述载玻片和导电玻璃依次放人异丙醇、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，并在氮气流中干燥，备用；
(3)在温度为55°C和相对湿度为70%的条件下，将基片垂直浸入PS微球悬浮液(0.3%(质量分数)中，静置12h，即可在基片表面获得自组装的胶体晶体，取出后自然干燥。
[0015]步骤3:大孔T12薄膜的制备:
(1):将钛酸四异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水水以1:7.44:0.24:0.06的质量比混合，得到T12前驱体溶胶；
(2):将经过上述步骤2获得的胶体晶体垂直浸溃在钛溶胶中，Imin后以2.5mm/s的提拉速度将胶体晶体抽出，溶胶渗入到胶体晶体的空隙中，得到钛溶胶/ PS胶体晶体的复合物；
(3)将经过浸溃处理的上述复合物充分暴露在空气中直至完全干燥，升温后保温2h后随炉冷却至室温，即制得大孔T12薄膜，其中，升温速度为2°C/ min，升温到500°C。
【权利要求】
1.一种大孔T12薄膜的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:胶体微球的制备: (1):原材料的准备:苯乙烯、丙烯酸、过硫酸钾、钛酸四异丙酯、无水乙醇、异丙醇、二乙醇胺、浓硫酸、过氧化氢、乙酰丙酮和OP乳化剂；N719染料和电解液；其中，苯乙烯单体通过5% (质量分数)的氢氧化钠溶液去除阻聚剂，过硫酸钾在40°C下进行重结晶； (2)胶体微球的制备: 2-1:向四口烧瓶中加入Sg苯乙烯单体和Ig丙烯酸单体，在氮气保护下搅拌回流； 2-2:待溶液加热到70°C恒温后，以2mL / min的速度缓慢滴加含有引发剂KPS水溶液其中，KPS水溶液的制备方法为将0.29 KPS溶于80mL去离子水中，滴加前预热至70°C即可； 2-3:在氮气保护下以300r / min的磁力搅拌反应1h ； 2-4:反应结束自然冷却至室温，将获得的PS乳胶液离心洗涤数次，制得胶体微球，备用； 步骤2:PS胶体晶体的制备: (1)载玻片的处理:在98% (质量分数)的H2SO4和30 % (质量分数)的H2O2混合溶液(体积比为3:1)中浸泡12h进行亲水处理； (2)将上述载玻片和导电玻璃依次放人异丙醇、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，并在氮气流中干燥，备用； (3)在温度为55°C和相对湿度为70%的条件下，将基片垂直浸入PS微球悬浮液(0.3%(质量分数)中，静置12h，即可在基片表面获得自组装的胶体晶体，取出后自然干燥； 步骤3:大孔T12薄膜的制备: (O:将钛酸四异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水混合，得到T12前驱体溶胶； (2):将经过上述步骤2获得的胶体晶体垂直浸溃在钛溶胶中，然后以2.5mm/s的提拉速度将胶体晶体抽出，溶胶渗入到胶体晶体的空隙中，得到钛溶胶/ PS胶体晶体的复合物； (3)将经过浸溃处理的上述复合物充分暴露在空气中直至完全干燥，升温后保温2h后随炉冷却至室温，即制得大孔T12薄膜。
2.如权利要求1一种大孔T12薄膜的制备方法，其特征在于:所述钛酸四异丙酯、无水乙醇、二乙醇胺和去离子水以1:7.44:0.24:0.06的质量比混合。
3.如权利要求1一种大孔T12薄膜的制备方法，其特征在于:所述胶体晶体垂直浸溃在钛溶胶的时间为Imin。
4.如权利要求1一种大孔T12薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤3中升温速度为 2°C / min，升温到 500 0C ο
【文档编号】H01G9/048GK104332316SQ201410575525
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月25日 优先权日:2014年10月25日
【发明者】郝青 申请人:陕西玉航电子有限公司