[发明专利]一种功能化纳米粒子及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米粒子改性领域，具体涉及一种功能化纳米粒子及其制备方法与应用。

背景技术

目前，用于电池中的电解质一般分为液态电解质、准固态电解质和全固态电解质三类。液态电解质虽然具有电导率高、离子扩散速度快等优点，但其所用有机溶剂易挥发、毒性大，从而造成电池的稳定性差、封装困难，限制了染料敏化太阳能电池的长期应用。而全固态电解质虽然没有上述缺点，但是其离子迁移率和空穴传输速率较低、与对电极的接触性能差，造成电池的光电转换效率普遍较低。这样介于液态电解质和全固态电解质之间的准固态电解质由于能最大限度的保持离子的高迁移率并具有长期稳定性，吸引了广大研究者的注意。

电解质添加剂的应用不仅可以改善电解质本身的性能，还可以提高电池的光电性能。但是目前所使用的添加剂大部分对电池的开路电压和短路电流的影响是相反的，很少有添加剂能同时提高这两个参数。如：特丁基吡啶的添加使TiO₂导带电位往负电势方向移动，能提高开路电压，但也导致激发态染料与TiO₂导带电位间电势差减少，不利于光生电子注入到TiO₂导带中，进而使短路电流下降；另一种添加剂LiI能有效提高短路电流，但同时也降低了开路电压；另外，两种常用的电解质添加剂4-叔丁基吡啶(TBP)和N-甲基苯并咪唑(NMBI)，添加后，可以抑制电子反向复合，进而能够显著提高电池的开路电压和填充因子，但是短路电流稍有下降。

另外，目前所使用的添加剂大都成本很高，液体类添加剂存在易挥发和不稳定等缺点；而固态添加剂容易析出，都严重影响着电解质的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能化纳米粒子及其制备方法。

本发明所提供的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；

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。

上述制备方法中，步骤1)中，所述硅氧烷前驱体和水的摩尔比为(0.1-10)：1，具体可为(0.5-2.5):1。

所述催化剂和水的摩尔比为1:(300-10)，具体可为1:(10-50)。

所述反应的反应温度为60-100℃，具体可为80℃，反应时间为1-2h，具体可为1h。

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。

所述硅氧烷前驱体具体可选自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。

上述制备方法中，步骤1)中，所述反应优选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。

所述含氮杂环具体可为吡咯、咪唑和吡啶中的至少一种。

上述制备方法中，步骤2)中，所述惰性气氛为N₂和/或Ar气氛。

所述无机纳米粒子具体选自氧化物和/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。

所述预聚物和无机纳米粒子的质量比为1：(0.1-1)，具体可为1:0.5。

所述反应的反应温度为20-30℃，具体可为25℃(室温)，反应时间为36-48h，具体可为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。

上述制备方法中，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，具体步骤如下：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。