[发明专利]一种蜂窝状三维石墨烯的合成方法及其在准固态染料敏化太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开一种蜂窝状三维石墨烯的合成方法及其在准固态染料敏化太阳能电池中的应用，称取氧化石墨烯GO于烧杯中，加入蒸馏水超声至GO完全溶解，加入氨水调节pH，将混合溶液转移至反应釜，尽心水热反应；冷却至室温，得到黑色的还原氧化石墨烯rGO固体，离心洗涤；离心后首先在进行冷冻处理，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥，可得到三维石墨烯3D‑rGO。以三维石墨烯3D‑rGO制备准固态染料敏化太阳能电池。所制备的三维石墨烯，具有疏松多孔结构，扩大三维石墨烯比表面积的，为电解质和对电解材料的接触提供了更多接触面积，电催化活性更高，使得所制备的准固态电解质敏化电池光电效率提高了51.26％。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成以及在染料敏化太阳能电池应用技术领域。具体地说是一种蜂窝状三维石墨烯的合成方法及其在准固态染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

随着经济的快速发展及人口的增加，石油、天然气和煤炭等化石燃料被大规模的开采使用，不可再生能源消耗越来越多，同时也带来了环境危机，因此有必要发展清洁和可再生能源来缓解资源消耗带来的危机问题。生物能、核能、海洋能、氢能和太阳能等都是可再生能源，并且太阳能提供的能量最多，是其他能源所能提供能量的数倍。因此，太阳能成为科研工作者们极为感兴趣的研究方向，染料敏化太阳能电池(DSSCs)由于具有绿色无污染、光电转换效率高、价格相对低廉等几大优势，被认为是可以取代硅太阳能电池的新发展方向。

染料敏化太阳能电池对电极材料主要用于催化电解液中氧化还原电对的再生，所以高催化活性是作为对电极材料所需要的。Pt是当前最常见的对电极材料，其催化性能十分优异，可使能量转换效率大大提高，但是Pt价格昂贵且量少，难以满足DSSCs大范围应用。因此，开发催化性能好的对电极材料来代替Pt是目前研究染料敏化太阳能电池的重要方向。和其他类型的太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有价格的优势，但是目前染料敏化太阳能电池的性能还有待提高，为了进一步提高DSSCs光电转换效率，科学研究者们大力寻找并研究对电极材料。

碳材料资源丰富无污染、成本低且容易制备，因此可大规模应用。另外，碳材料稳定性高、导电能力强、催化能力强且不与电解液中的I₃^-/I^-反应等优点决定了其在染料敏化太阳能电池方面的应用，有可能成为代替Pt作为对电极的材料。目前被广泛研究的碳材料包括碳纳米管、炭黑、活性炭以及石墨烯等，优良的电导率、比表面积大和可控尺寸的优点使石墨烯成为具有发展前景的对电极材料，石墨烯可采用掺杂其他物质来优化其作为对电极时的不足，如若能把石墨烯的二维结构向三维结构过渡，将会使石墨烯的应用领域更加广泛。Tang等研究了还原氧化石墨烯(RGO)和三维石墨烯网络(3D-GNs)共同修饰DSSCs，结果表明其光电转换效率达到7.68％，两者共同修饰作用远大RGO和3D-GNs单独作为对电极材料的效率；Ahn等报道了p掺杂前驱体辅助CVD生长的3D-GNs作为对电极，结果显示其光电转换效率高达8.46％；可以看出，三维石墨烯和其他物质掺杂能够获得较高的效率。目前对三维石墨烯的报道大多采用与其他物质掺杂，且所制备的三维石墨烯材料电催化活性和敏化准固态电池的光电性还不尽人意。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种蜂窝状三维石墨烯的合成方法及其在准固态染料敏化太阳能电池中的应用；本申请所制备的三维石墨烯，具有疏松多孔结构，扩大三维石墨烯比表面积的，使得所制备的准固态电解质敏化电池的性能优越。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种蜂窝状三维石墨烯的合成方法，称取氧化石墨烯GO于烧杯中，加入蒸馏水超声至GO完全溶解，加入氨水调节pH，将混合溶液转移至反应釜，尽心水热反应；冷却至室温，得到黑色的还原氧化石墨烯rGO固体，离心洗涤；离心后首先在进行冷冻处理，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥，可得到三维石墨烯3D-rGO。