复合物、制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种渗氮碳微球制备方法，尤其设及的是一种渗氮碳微球负载MoS2复 合物、制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 氮渗杂的碳材料由于其良好的电化学性能被大量引入染料敏化太阳能电池之中， 氮渗杂碳材料能够改善对电极性能，主要有两个原因：一是氮渗杂会在碳材料中引入大量 的缺陷，运些缺陷可W为氧化还原对的还原反应提供更多的活性位点，从而改善化学活性， 提高其催化性能；另外，氮原子的渗杂能够改变碳材料电子结构，减少内部电阻，可W有效 率提高碳材料的导电能力。最近，多种氮渗杂碳材料，如碳纤维、碳纳米管和石墨締等被报 道应用于染料敏化太阳能电池对电极中，而且电化学性能均得到了改善。M.Y. Yen, C.K.Hsieh,C.C.Teng,et al.Metal-free,nitrogen-doped graphene used as a novel catalyst for dye-sensitized solar cell counter electrodes[J].RSC Adv.,2012,2 (7): 2725-2728。Yen等合成了氮渗杂的石墨締对电极，电池效率达到4.75 %。S. F. Wang， Κ.Κ.Rao,Τ.C. Yang,et al. Investigation of nitrogen doped diamond like carbon films as counter electrodes in dye sensitized solar cells[J].J.Alloys Compel., 2011,509(5) :1969-1974DWang等采用氮渗杂钻石型碳材料薄膜作为电池的对电极使用，获 得了3.35%的电池效率。S.Hou,X.Cai,H.Wu,etal.化t;rogen-dopedgra地enefordye-sensitized solar cells and the role of nitrogen states in triiodide reduction [J] .Energy Environ.Sci. ,2013,6(11) :3356-3362。化11 等将氮元素渗杂进石墨締后，提高 了其电催化能力和导电能力，电池效率从4.0%提升至5.4%。
[0003] 但是具有多种优势的渗氮碳微球材料暂时还鲜有将其复合MoS2并应用于染料敏 化太阳能电池的报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种渗氮碳微球负载MoS2复合 物、制备方法及应用，能够将其用于染料敏化太阳能电池，提高电池光电转换效率。
[0005] 本发明是通过W下技术方案实现的，本发明包括W下步骤：
[0006] (1)微波法制备碳微球
[0007] (11)将薦糖和浓硫酸溶于乙二醇与水的混合溶剂并揽拌均匀；
[000引（12)取混合溶液放入微波管中，在微波反应器中反应；
[0009] (13)将反应所得产物离屯、洗涂，干燥；
[0010] (14)将干燥所得产物研磨成粉末后放于氨气气氛管式炉中般烧，在500~900°C下 处理得到渗氮碳微球；
[0011] (2)制备渗氮碳微球负载MoS2
[0012] (21)将制备的渗氮碳微球超声分散至憐钢酸溶液中；
[0013] (22)加入硫代乙酷胺并揽拌至均匀；
[0014] (23)取上述溶液至微波反应器中进行反应；
[001引（24)将反应后得到的产物离屯、、洗涂后，真空干燥，化/出气氛下700~900°C热处 理，得到渗氮碳微球负载MoS2。
[0016] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤（11)中，所述薦糖和浓硫酸的摩尔比为1: 1，乙二醇和水的混合溶剂的浓度为4:6v/v。
[0017] 作为本发明的优选方式之一，取混合溶液20mL放入35mL微波管中，在微波反应器 中反应，最大功率100W，反应时间lOmin，溫度160°C。
[0018] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤（13)中，干燥工艺为:60~100°C干燥20~ 30小时。
[0019] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤（14)中，所述般烧工艺为:升溫速率每分钟 升高5°C，500~900°C下处理1.5~2.5个小时。
[0020] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤(21)中，所述步骤(21)中，制备20mmol/L的 憐钢酸溶液lOOmL，并调节其PH到6.8后，将制备的渗氮碳微球按0~16〇111肖分别超声分散至 溶液中，得到MoS2 : C不同质量比的混合液。
[0021] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤(24)中，在120°C下真空干燥10~15小时， 化/出气氛下700~900°C热处理1.5~2.5个小时。
[0022] 一种利用所述的渗氮碳微球负载MoS2复合物的制备方法制备对电极的方法，包括 W下步骤：
[0023] (31)将合成的渗氮碳微球负载MoS2、聚偏二氣乙締和炭黑在N-甲基化咯烧酬溶剂 中混合研磨成溶液；
[0024] (32)采用滴涂法制备对电极；
[0025] (33)然后放入真空干燥箱内干燥，得到渗氮碳微球负载MoS2对电极。
[0026] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤(31)中，渗氮碳微球负载MoS2、聚偏二氣乙 締和炭黑的质量比为8:1:1。
[0027] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤(32)中，将洗净的FT0玻璃加热到100°C，滴 上步骤(32)的溶液并待其干燥。
[00%]作为本发明的优选方式之一，所述步骤(33)中，在120°C干燥12小时。
[0029] 如所述的制备方法制得的渗氮碳微球负载MoS2对电极。
[0030] 如所述的渗氮碳微球负载MoS2对电极在染料敏化太阳能电池中的应用。
[0031] 本发明相比现有技术具有W下优点:本发明将渗氮碳微球制成薄膜并作为对电极 应用于染料敏化太阳能电池中，优化碳微球的氨气热处理溫度。结果表明，当氨气热处理溫 度为900°C时，由于NCS900较高的表面积和丰富的氮渗位点，基于此对电极的电池效率达到 5.9 %。将NCS900与MoS2复合物制备成对电极应用于染料敏化太阳能电池，优化渗氮碳微球 含量对电池性能的影响。结果表明，当硫化钢与碳质量比为4:1时，即MSNC-4:1对电极的性 能最佳，运种比例下复合电极可W最好的发挥其导电能力和催化能力，电池效率可达 6.2%。
【附图说明】
[0032]图 1 是NCS900 的 FESEM照片；
[00削图視；种渗氮碳微球的邸姻谱；
[0034] 图3是NCS500、NCS700、NCS900和Pt电极的循环伏安曲线；
[0035] 图4是基于渗氮碳微球对电极和Pt对电极电池的EIS图谱，插图为等效电路图；
[0036] 图5是MSC-4:1的FE沈Μ照片；
[0037] 图 6 是MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1 和MoS2 的X畑图谱；
[003引图7是MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt电极的循环伏安曲线；
[0039] 图8是基于MSNC-6:1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt对电极电池的EIS图谱，插图 为等效电路图；
[0040] 图9是基于MSNC-6 :1、MSNC-4:1、MSNC-2:1、MoS2和Pt对电极的染料敏化太阳能电 池的J-V曲线。
【具体实施方式】
[0041] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0042] 实施例1
[0043] 本实施例采用微波法制备碳微球，具体方法如下：
[0044] 取20.538g薦糖、6g浓硫酸溶于乙二醇与水的混合溶剂（4:6v/v)并揽拌均匀。取 20血上述溶液放入35mL微波管中，并置于微波反应器化邱lorer48，CEM Co.)中，设置条件： 最大功率100W，反应时间lOmin，溫度160°C。将反应所得产物离屯、洗涂，80°C干燥24小时。最 后，将干燥所得产物研磨成粉末后放于氨气气氛管式炉中般烧，升溫速率每分钟5°C，分别 在500、700W及900°C下处理两个小时得到渗氮碳微球，并命名为NCS500、NCS700和NCS900。 在热处理过程中发现，当溫度超过900°C时，碳微球被氨气剧烈腐蚀，产量极低，不能对热处 理溫度做进一步的提高。
[0045] 采用丝网印刷法制备渗氮碳微球对电极。即将渗氮碳微球研磨成浆料后，使用丝 网印刷法将浆料刷在FT0上，最后在马弗炉中400°C烧结30min，得到渗氮碳微球对电极。同 时制备了传统Pt对电极作为对比。
[0046] 如图1所示，采用场发射扫描电子显微镜(阳沈MJE0L JSM-LV5610)表征渗氮碳微 球的形貌。经过氨气热处理过的渗氮碳微球依然保持球形并且尺寸均一，平均直径化m左 右。渗氮碳微球的表面有一定程度的粗糖纹理，运种粗糖的表面会形成活性位点从而有利 于13-的扩散。NCS500、NCS700和NCS900的比表面积由化unauer-Emmett-Teller(肥T)方法测 得，分别为96,447and 1630m2g-i，随着处理溫度的上升，渗氮碳微球的比表面积上升明显。 对于对电极而言，大的比表面积可W提供更多电极/电解液接触界面，有利于氧化还原与电 子对快速反应，从而加强电池的整体性能。
[0047] 如图2所示，图2是Ξ种渗氮碳微球的XRD图谱，渗杂氮元素的碳微球依旧表现出无 定型碳的特征峰，即分别在24°和44°的两个宽峰，分别对应着C(002)和（100)面。随着热处 理溫度的提高，（002)所对应峰值进会增加，运说明渗氮碳微球的碳化程度会随着溫度升高 而加强。
[0048] 如图3所示，由循环伏安图谱可W看出，每个对电极的循环伏安曲线都有两个氧