[发明专利]一种功能化纳米粒子及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种功能化纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：

1)制备预聚物：在催化剂存在下，将硅氧烷前驱体和水进行反应，得到预聚物，其中，所述硅氧烷前驱体含有如下官能团中的至少一种：氨基、羧基、氰基、含氮杂环和巯基；

步骤1)中，所述硅氧烷前驱体和水的摩尔比为(0.1-10)：1；

所述催化剂和水的摩尔比为1:(300-10)；

所述反应的反应温度为60-100℃，反应时间为1-2h；

步骤1)中，所述催化剂为碱，所述碱选自氢氧化钙、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；

2)制备功能化纳米粒子：在惰性气氛下，将所述预聚物和无机纳米粒子于有机溶剂中进行反应，得到功能化纳米粒子；

所述预聚物和无机纳米粒子的质量比为1：(0.1-1)；

所述反应的反应温度为20-30℃，反应时间为36-48h；

所述有机溶剂为甲苯、苯、二甲苯和丁基甲苯中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅氧烷前驱体选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氰基丙基三乙基硅烷、3-氰基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、3-甲氧基巯基硅烷、侧链含有含氮杂环的聚硅氧烷等中的至少一种；

步骤1)中，所述反应为先将硅氧烷前驱体和水于20-30℃下搅拌处理24-36h，再向其中加入催化剂，并于60-100℃下旋蒸反应1-2h，抽滤得上清液，即为所述预聚物；

所述含氮杂环为吡咯、咪唑和吡啶中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述惰性气氛为N₂和/或Ar气氛；

所述无机纳米粒子选自氧化物和/或含有掺杂元素的氧化物，所述氧化物为SiO₂和/或金属氧化物，所述含有掺杂元素的氧化物为掺杂Nb、Ru、Mn、Ta和Si中至少一种的SiO₂和/或金属氧化物，所述金属氧化物选自TiO₂、ZnO和Al₂O₃中的至少一种；

所述无机纳米粒子的粒径为1-300nm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，还包括对所得到的功能化纳米粒子依次进行洗涤、干燥的步骤，步骤如下：用CH₂Cl₂洗涤三次，再于40-60℃下旋蒸，旋干后，于80-100℃的烘箱中烘36-48h。

5.权利要求1-4中任一项所述的制备方法而得到的功能化纳米粒子。

6.一种电解质，包括权利要求5所述的功能化纳米粒子、电解质溶剂和氧化还原电对，其中，所述功能化纳米粒子的质量分数为0.1％-60％，氧化还原电对的质量分数为1％-20％。

7.根据权利要求6所述的电解质，其特征在于：所述电解质溶剂为有机溶剂和/或离子液体；

其中，所述有机溶剂选自三甲氧基丙腈、乙腈、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种；

所述离子液体选自1-甲基-3-己基咪唑碘、1-甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-乙基咪唑碘、1-甲基-3-烯丙基咪唑碘、1-甲基-3-丁基咪唑碘和1，3-二甲基咪唑碘中的至少一种；

所述氧化还原电对为碘和碘离子氧化还原电对，所述碘和碘离子氧化还原电对选自I₂与含碘无机盐或I₂与含碘离子液体，其中，所述含碘无机盐选自LiI、KI和NaI中至少一种，所述含碘离子液体选自1,3-二甲基咪唑碘、1-甲基-3-己基咪唑碘、1-甲基-3-乙基咪唑碘、1-甲基-3-烯丙基咪唑碘和1-甲基-3-丁基咪唑碘中的至少一种。

8.权利要求6或7所述的电解质的制备方法，包括如下步骤：将所述功能化纳米粒子、所述电解质溶剂和所述氧化还原电对按所述比例混合，得到基于功能化纳米粒子作为添加剂的电解质。

9.权利要求5所述的功能化纳米粒子和/或权利要求6或7所述的电解质在制备染料敏化太阳能电池中的应用。