[发明专利]一种石墨烯基光电转化器件及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯基光电转化器件及其制备方法和应用。本发明使用碳纤维为初始原料，通过酸处理得到氧化石墨烯溶液，再通过电化学沉积将氧化石墨烯沉积在碳布上，最后通过氢气还原将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而得到石墨烯基光电转化器件。本发明提供的石墨烯基光电转化器件光电转换性能好，可将太阳能蒸发溶液的能量转化为电能，且可以不断的向外输出，并且转化过程在自然环境下即可发生，不需要额外能量的输入，能源利用率高。

技术领域

本发明涉及复合材料的技术领域，特别涉及一种石墨烯基光电转化器件及其制备方法和应用。

背景技术

现代社会，由于人口剧增，能源危机和环境污染问题的日趋严重，太阳能作为一种可再生的能源越来越多的受到了科研工作者的关注，因此发明一种高效率、低成本、多功能的能源转化系统是不可或缺的。其中电能是满足不断增长的能源需求的一种很有前途的方法。因此，科学家们不断地努力去开发各种能量转换系统，希望将这些能量转换成电能以便于使用，例如太阳能电池，水力发电机等。在这些能源收集体系中，水蒸发诱导产电是近几年发展起来的一种很有应用前景的解决能源问题的方法。

目前，报道的水蒸发诱导电能产生的材料主要有金属碳纳米管，半导体碳纳米管，氧化石墨烯等纳米材料以及这些物质所组装的宏观体系，但这些材料的价格昂贵且制备工艺复杂、不稳定，很大程度上限制了它们的实际应用。此外，氧化石墨烯膜、碳膜等无机纳米材料也具有优良的水蒸发诱导电能产生的性能，但这些材料大多数都作为上层材料而应用于水蒸发诱导电能产生的转化系统，这种系统中水自身将消耗很大一部分的电能，结果将造成相当一部分不必要的电能损失。另外，也有一些由无机纳米粒子组装为宏观体的报道，但这些宏观材料制备工艺复杂，并且对外输出的电能较小。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种制备方法简单、成本低、光电转化性能好的石墨烯基光电转化器件。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种石墨烯基光电转化器件的制备方法，包括以下步骤：

将碳纤维进行酸处理后稀释，得到氧化石墨烯溶液；所述酸处理用酸包括硝酸和硫酸；

将亲水性碳布浸入所述氧化石墨烯溶液中进行电化学沉积，得到氧化石墨烯-碳布复合材料；

将所述氧化石墨烯-碳布复合材料进行氢气还原，得到石墨烯基光电转化器件。

优选的，所述硝酸的质量浓度为65～68％；所述硫酸的质量浓度为95～98％；所述硫酸和硝酸的质量比为40～50:7～15。

优选的，所述硫酸和碳纤维的质量比为40～50:1；

所述硝酸和碳纤维的质量比为7～15:1。

优选的，所述酸处理的温度为100～140℃；所述酸处理的时间为2～11h。

优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1.8～2.5mg/mL，pH值为2～5。

优选的，所述电化学沉积为恒电压沉积；所述电化学沉积的沉积电压为5～8V；所述电化学沉积的沉积时间为6～12h。

优选的，所述氢气还原的温度为200～400℃，时间为1.5～3h，氢气流量为50～80mL/min。

本发明提供了上述方案所述制备方法制备的石墨烯基光电转化器件，包括碳布和附着在所述碳布上的石墨烯。

本发明提供了上述方案所述的石墨烯基光电转化器件在光电转化中的应用。

优选的，所述应用包括以下步骤：

将所述石墨烯基光电转化器件置于液态物质中，在光照条件下，所述石墨烯基光电转化器件通过液态物质蒸发诱导发电；