技术领域本发明属于染料敏化光伏电池电极材料的合成技术领域，具体涉及一种金属内嵌多孔碳对电极材料的制备方法。
背景技术：
染料敏化光伏电池是一类重要的光伏器件，主要优点是制作工艺简单、成本低廉、环境友好以及光伏效率较高，在学术界和产业界都受到了广泛关注，具有很好的产业化前景。染料敏化光伏电池包括敏化光阳极、对电极和电解质三个部分，接受入射光照射激发时，光阳极上的敏化染料将光电子注入光阳极并传输至外电路，自身形成染料正离子，外电路电子传递至对电极，在对电极催化作用下将电解质溶液中的I3-还原成I-，电解质中I-扩散至光阳极还原染料正离子，完成持续的光电转换。其中对电极的主要作用是接受外电路电子催化还原I3-，因而应具有良好的导电性、较大的可接触表面积和丰富的表面活性位点。传统的镀Pt对电极催化活性较高，但存在着电解质腐蚀及成本问题，不利于染料敏化光伏电池的商业化推广。廉价高效的非Pt对电极材料是该领域研究开发的热点之一。一系列金属氧族化物、导电聚合物以及碳材料都可用作替代对电极材料，光伏效率逐渐提高。异质元素掺杂多孔碳材料具有丰富的异质元素活性位点、良好的导电性、高比表面积和耐腐蚀性等结构优势，可用作高效对电极材料；此外，铁系金属单质与Pt有相似的价层电子结构，其合金具有良好的催化活性，但是易受电解质腐蚀钝化，稳定性欠佳。将其与异质元素掺杂多孔碳形成复合物不仅能提高碳材料的导电性，而且能提高碳材料的催化活性，因而在染料敏化光伏电池催化对电极材料方面有望获得较高的光伏性能，但是到目前为止，这类材料在对电极方面的研究开发鲜见报道。
技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种金属内嵌多孔碳对电极材料的制备方法，所制的材料用于染料敏化光伏器件对电极能提供优越的光伏性能。本发明为实现上述目的采取如下技术方案，一种金属内嵌多孔碳对电极材料的制备方法，其特征在于金属钴或镍内嵌氮硫共参杂多孔碳对电极材料的具体合成过程为：将可溶性淀粉和明胶粉加入到去离子水中，再将可溶性钴盐或者可溶性镍盐加入到上述混合溶液中，于80℃搅拌混合均匀形成溶胶，然后将该溶胶于80℃搅拌24h形成凝胶，再将凝胶置于干燥箱内于80℃干燥形成干凝胶，将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于600-900℃煅烧2h，自然冷却后制得金属钴或镍内嵌的氮硫共掺杂多孔碳对电极材料。进一步优选，所述的可溶性淀粉、明胶粉和可溶性钴盐或可溶性镍盐的质量比为2.5:2-5:2.4-3.2。本发明所述的金属内嵌多孔碳对电极材料的制备方法，其特征在于钴镍合金内嵌多孔碳对电极材料的具体合成过程为：将可溶性淀粉加入到去离子水中，再将可溶性钴盐和可溶性镍盐加入到上述混合溶液中，于80℃搅拌混合均匀形成溶胶，然后将该溶胶于80℃搅拌24h形成凝胶，再将凝胶置于干燥箱内于80℃干燥形成干凝胶，将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于600-900℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的多孔碳对电极材料。进一步优选，所述的可溶性淀粉、可溶性钴盐和可溶性镍盐的质量比为2.5:1.2-1.6:1.2-1.6。本发明所述的金属内嵌多孔碳对电极材料的制备方法，其特征在于钴镍合金内嵌氮硫共掺杂多孔碳对电极材料的具体合成过程为：将可溶性淀粉和明胶粉加入到去离子水中，再将可溶性钴盐和可溶性镍盐加入到上述混合溶液中，于80℃搅拌混合均匀形成溶胶，然后将该溶胶于80℃搅拌24h形成凝胶，再将凝胶置于干燥箱内于80℃干燥形成干凝胶，将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于600-900℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的氮硫共掺杂多孔碳对电极材料。进一步优选，所述的可溶性淀粉、明胶粉、可溶性钴盐和可溶性镍盐的质量比为2.5:2-5:1.2-1.6:1.2-1.6。进一步优选，所述的可溶性钴盐为硝酸钴、硫酸钴或氯化钴。进一步优选，所述的可溶性镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。本发明通过调节金属盐比例以及金属盐与碳源的比例来优化钴镍合金纳米颗粒粒径和异质元素碳包覆层的厚度，提高其电催化活性以及在染料敏化光伏器件对电极方面的光伏效率。与现有对电极材料制备技术相比，本发明所用原料均为常见的试剂，成本低廉；制备方法简单，适宜大批量生产。所得产品中的氮硫掺杂使多孔碳表面的电荷分布发生改变，形成不同电性的催化活性位点，同时提高碳材料的表面润湿性，因而具有明显的催化活性。此外，合金纳米颗粒自身也具有良好的催化活性，可进一步提高催化活性，同时能有效改善材料导电性，因此可用作高效电催化电极材料。用于染料敏化光伏器件的催化对电极，能提供优越的光伏效率，在染料敏化光伏电池领域有广阔的应用前景。附图说明图1是本发明实施例1制得的钴镍合金内嵌多孔碳对电极材料用于染料敏化光伏器件的光伏曲线图，图中虚线为镀Pt对电极器件的光伏曲线图，由图可知本发明所制对电极材料用于染料敏化光伏器件能提供优越的光伏性能；图2是本发明实施例2制得的钴镍合金内嵌氮硫共掺杂多孔碳对电极材料的SEM图；图3是本发明实施例2制得的钴镍合金内嵌氮硫共掺杂多孔碳对电极材料的TEM图。具体实施方式下面结合实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于以下实施例。实施例1将2.5g可溶性淀粉加入到60mL去离子水中，再将1.2gNi(NO3)2·6H2O和1.2gCo(NO3)2·6H2O加入到上述混合溶液中，在磁力加热搅拌器上于80℃搅拌混合均匀形成溶胶。然后将该溶胶在恒温80℃的条件下搅拌24h形成凝胶。再将凝胶置于干燥箱内于80℃完全干燥形成干凝胶。将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于900℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的多孔碳对电极材料。将所制的钴镍合金内嵌的多孔碳对电极材料用10%聚四氟乙烯（PTFE）制成浆料刮涂在FTO表面作对电极，与N719染料（二-四丁铵-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧基)钌(II)）敏化TiO2光阳极及I3-/I-电解质组装染料敏化光伏器件，光伏效率为7.3%（图1）。实施例2将2.5g可溶性淀粉和2g明胶粉加入到60mL去离子水中，再将1.2gNi(NO3)2·6H2O和1.2gCo(NO3)2·6H2O加入到上述混合溶液中，在磁力加热搅拌器上于80℃搅拌混合均匀形成溶胶。然后将该溶胶在恒温80℃的条件下搅拌24h形成凝胶。再将凝胶置于干燥箱内于80℃完全干燥形成干凝胶。将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于900℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的氮硫共掺杂多孔碳对电极材料（图2）。将所制对电极材料按照实施例1制作对电极并组装染料敏化光伏器件，光伏效率达7.6%。实施例3将2.5g可溶性淀粉和5g明胶粉加入到60mL去离子水中，再将2.4gCo(NO3)2·6H2O加入到上述混合溶液中，在磁力加热搅拌器上于80℃搅拌混合均匀形成溶胶。然后将该溶胶在恒温80℃条件下搅拌24h形成凝胶。再将凝胶置于干燥箱内于80℃完全干燥形成干凝胶。将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于900℃煅烧2h，自然冷却后制得金属钴内嵌的氮硫共掺杂多孔碳对电极材料。将所制对电极材料按照实施例1制作对电极并组装染料敏化光伏器件，光伏效率为7.1%。实施例4将2.5g可溶性淀粉和2g明胶粉加入到60mL去离子水中，再将0.8gNi(NO3)2·6H2O和1.6gCo(NO3)2·6H2O加入到上述混合溶液中，在磁力加热搅拌器上于80℃搅拌混合均匀形成溶胶。然后将该溶胶在恒温80℃条件下搅拌24h形成凝胶。再将凝胶置于干燥箱内于80℃完全干燥形成干凝胶。将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于600℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的氮硫共掺杂多孔碳对电极材料。将所制对电极材料按照实施例1制作对电极并组装染料敏化光伏器件，光伏效率为5.0%。实施例5将2.5g可溶性淀粉加入到60mL去离子水中，再将1.6gNi(NO3)2·6H2O和1.6gCo(NO3)2·6H2O加入到上述混合溶液中，在磁力加热搅拌器上于80℃搅拌混合均匀形成溶胶。然后将该溶胶在恒温80℃条件下搅拌24h形成凝胶。再将凝胶置于干燥箱内于80℃完全干燥形成干凝胶。将所得干凝胶置于管式炉中，在N2气氛条件下于600℃煅烧2h，自然冷却后制得钴镍合金内嵌的多孔碳对电极材料。将所制对电极材料按照实施例1制作对电极并组装染料敏化光伏器件，光伏效率为6.8%。通过上述实施例可以看出，通过调节碳氮硫源（明胶）质量、可溶性镍盐与可溶性钴盐的质量比及总质量、煅烧碳化温度，均能显著优化金属内嵌多孔碳对电极器件的光伏性能。以上为本发明的典型实施例，这些实施例描述了本发明的主要特征及特定实施条件下的应用性能。应当指出，对于本技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，任何对本发明进行的若干改进和修饰，也落入本发明权利要求的保护范围内。