專利名稱：二氧化鈦材料及其制備方法、染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)多孔氧化物類新型材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種ニ氧化鈦材料及其制備方法、以及由該材料制得的染料敏化太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
過(guò)渡金屬氧化物ニ氧化鈦半導(dǎo)體材料具有很多特殊性質(zhì)，在光催化，光化學(xué)，鋰電池，太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。エ業(yè)上通常使用ニ氧化鈦為載體進(jìn)行催化反應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)，ニ氧化鈦?zhàn)鳛檩d體材料或者反應(yīng)物質(zhì)均需要其具有很大的比表面積，以增加更多的反應(yīng)空間和反應(yīng)活性。高比表面積的ニ氧化鈦大多為納米結(jié)構(gòu)粉體，主要的制備方式包括水熱合成法、 氣相沉積法、高溫分解法、微乳液法、溶膠-凝膠法、直接水解沉淀法等等。由于直接水解沉淀法エ藝簡(jiǎn)單，制備材料的比表面積大，大概在100m2/g左右，所以在合成大比表面積ニ氧化鈦材料中具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，目前水解沉淀法制得的ニ氧化鈦比表面積雖然很大，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到エ業(yè)應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種ニ氧化鈦材料及其制備方法、以及由該材料制得的染料敏化太陽(yáng)能電池。由于該方法制得的ニ氧化鈦具有超高的比表面積，所以可以廣泛用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。本發(fā)明提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)將鈦鹽與無(wú)機(jī)鹽的醇溶液混合，鈦鹽在溶液中陳化得到陳化產(chǎn)物，其中，無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中含有至少能使鈦鹽水解量的水；(2)將陳化產(chǎn)物高溫灼燒，得到ニ氧化鈦材料。優(yōu)選的是，所述無(wú)機(jī)鹽為氯化物鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或者幾種的混合物。優(yōu)選的是，所述無(wú)機(jī)鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硝酸鉀、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉀中的一種或者幾種的混合物。優(yōu)選的是，所述無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中的無(wú)機(jī)鹽的濃度為O. OOIM^O. 1M。優(yōu)選的是，所述鈦鹽為鈦酸四丁酷、鈦酸異丙酷、乳酸鈦銨、氟鈦酸銨、硫酸鈦、四氯化鈦中的ー種或幾種的混合物。優(yōu)選的是，所述醇溶液中的醇為甲醇、こ醇、こニ醇中的一種或者幾種的混合物。優(yōu)選的是，所述無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中含有O. lwt°/T5wt%的水。優(yōu)選的是，所述步驟(I)中鈦鹽與無(wú)機(jī)鹽的醇溶液混合后，鈦鹽的濃度為lwt% 10wt%o優(yōu)選的是，所述步驟(I)中的陳化時(shí)間為12、6小吋。優(yōu)選的是，所述步驟(2)中的灼燒溫度為30(T60(TC，灼燒時(shí)間為f 12小吋。本發(fā)明提供ー種ニ氧化鈦材料，其是由上述所述的方法制備的。
本發(fā)明提供ー種染料敏化太陽(yáng)能電池，其光陽(yáng)極含有上述所述的ニ氧化鈦材料。本發(fā)明的有益效果該制備エ藝生產(chǎn)效率高、成本低、制得的ニ氧化鈦的比表面積大以及粒徑分布均勻，可以用于大批量生產(chǎn)粒徑分布均勻的高比表面積的ニ氧化鈦。由于該方法制得的ニ氧化鈦具有超高的比表面積，所以可以廣泛用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備的ニ氧化鈦材料的放大2萬(wàn)倍的掃描電鏡照片；圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制備的ニ氧化鈦材料的放大10萬(wàn)倍的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方 式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。實(shí)施例I本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. 08M濃度的硝酸鉀的こ醇溶液，且該溶液中含有4wt%的水。將該溶液與四氯化鈦混合，攪拌均勻后形成均一體系，四氯化鈦在溶液中的濃度為8wt%。鈦鹽在溶液中陳化40小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在500°C下灼燒8小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。該方法制得的ニ氧化鈦材料呈粉體狀，如圖I所示，ニ氧化鈦粉體粒徑分布均勻，且呈現(xiàn)小顆粒堆積的球形形貌。如圖2所示，ニ氧化鈦的粒徑平均為500nm左右，經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)339m2/g。該制備エ藝生產(chǎn)效率高、成本低、制得的ニ氧化鈦的比表面積大以及粒徑分布均勻，可以用于大批量生產(chǎn)粒徑分布均勻的高比表面積的ニ氧化鈦。由于該方法制得的ニ氧化鈦具有超高的比表面積，所以可以廣泛用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。實(shí)施例2本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. 05M濃度的硫酸鈉的甲醇溶液，且該溶液中含有3wt%的水。將該溶液與氟鈦酸銨混合，攪拌均勻后形成均一體系，氟鈦酸銨在溶液中的濃度為6wt%。鈦鹽在溶液中陳化56小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在300°C下灼燒12小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)341m2/g，由于該ニ氧化鈦材料具有超高比表面積，所以可以廣泛的應(yīng)用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。實(shí)施例3本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. IM濃度的氯化鈉和氯化鉀(其中氯化鈉和氯化鉀的質(zhì)量比為I : I)的混合甲醇溶液，且該溶液中含有5wt%的水。將該溶液與乳酸鈦銨混合，攪拌均勻后形成均一體系，乳酸鈦銨在溶液中的濃度為10wt%。鈦鹽在溶液中陳化12小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在400°C下灼燒6小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)330m2/g，由于該ニ氧化鈦材料具有超高比表面積，所以可以廣泛的應(yīng)用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。實(shí)施例4本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. 06M濃度的硫酸鉀的こ醇溶液，且該溶液中含有2wt%的水。將該溶液與鈦酸四丁酯混合，攪拌均勻后形成均一體系，鈦酸四丁酯在溶液中的濃度為4wt%。鈦鹽在溶液中陳化60小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。
(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在600°C下灼燒I小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)350m2/g，由于該ニ氧化鈦材料具有超高比表面積，所以可以廣泛的應(yīng)用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。實(shí)施例5本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. OOlM濃度的氯化鈉的甲醇和こ醇(其中甲醇和こ醇的體積比為2 I)的混合溶液，且該溶液中含有O. lwt%的水。將該溶液與硫酸鈦混合，攪拌均勻后形成均一體系，硫酸鈦在溶液中的濃度為lwt%。鈦鹽在溶液中陳化30小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在550°C下灼燒4小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)337m2/g，由于該ニ氧化鈦材料具有超高比表面積，所以可以廣泛的應(yīng)用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。實(shí)施例6本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. 02M濃度的硝酸鈉的こニ醇溶液，且該溶液中含有l(wèi)wt%的水。將該溶液與鈦酸異丙酯混合，攪拌均勻后形成均一體系，鈦酸異丙酯在溶液中的濃度為2wt%。鈦鹽在溶液中陳化96小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在450°C下灼燒5小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)345m2/g。將制得的ニ氧化鈦用こ醇做分散劑超聲分散，再向其中加入松油醇和こ基纖維素，其中，こ基纖維素和松油醇的質(zhì)量比為I : 6，加入的こ基纖維素和松油醇的總質(zhì)量份數(shù)與ニ氧化鈦的質(zhì)量份數(shù)比為3 1，攪拌均勻得到染料敏化太陽(yáng)能電池用的光陽(yáng)極漿料。上述的光陽(yáng)極漿料攪拌ー小時(shí)后，將該漿料在導(dǎo)電玻璃上涂膜，將涂好膜的導(dǎo)電玻璃在馬弗爐中450°C煅燒30分鐘，冷卻到室溫，導(dǎo)電玻璃上的膜厚在8 15 μ m之間，得到染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極。將該光陽(yáng)極浸泡于濃度為5X10_4mol/L的釕配合物N719染料[英文名:RuL2 (NCS)2 · 2TBA (L=2,2，-bipyridyl-4,4，-dicarboxylic acid)]溶液中24h，光陽(yáng)極被染料充分敏化。然后將該光陽(yáng)極與鉬對(duì)電極對(duì)接，滴入電解液，組裝成電池，電解液包括IM的Lil、0. IM的I2、0. 5M的4- 丁基吡啶，其中溶劑為丁腈和碳酸丙烯酯(PC)(體積比為I : I)。測(cè)效率時(shí)使用氙燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為lOOmW/cm2 (用標(biāo)準(zhǔn)硅光電ニ極管測(cè)定光強(qiáng))，在該光強(qiáng)下測(cè)得該薄膜電極所組成的電池光電轉(zhuǎn)換效率為6. 2%，電池的短路電流密度為11. 31mA/cm2，開路電壓為O. 69V，填充因子為70. 11%。實(shí)施例7本實(shí)施例提供ー種ニ氧化鈦材料的制備方法，包括以下步驟(I)配置O. 04M濃度的氯化鉀的甲醇溶液,且該溶液中含有2. 5wt%的水。將該溶液與四氯化鈦和鈦酸四丁酯的混合物混合，攪拌均勻后形成均一體系，四氯化鈦和鈦酸四丁酯的混合物在溶液中的濃度為5wt%。鈦鹽在溶液中陳化20小時(shí)后，得到陳化產(chǎn)物。(2)將陳化后的產(chǎn)物過(guò)濾分離，取出濾渣，在350°C下灼燒10小時(shí)，得到ニ氧化鈦材料。 經(jīng)過(guò)測(cè)試制得的ニ氧化鈦粉體的比表面積高達(dá)335m2/g。使用本實(shí)施例中的光陽(yáng)極漿料制備光陽(yáng)極以及染料敏化太陽(yáng)能電池的方法如同實(shí)施例6，測(cè)效率時(shí)使用氙燈模擬太陽(yáng)光，光強(qiáng)為lOOmW/cm2 (用標(biāo)準(zhǔn)硅光電ニ極管測(cè)定光強(qiáng))，在該光強(qiáng)下測(cè)得該薄膜電極所組成的電池光電轉(zhuǎn)換效率為5. 18%，電池的短路電流密度為12. 37mA/cm2，開路電壓為O. 87V，填充因子為68. 46%。實(shí)施例8本實(shí)施例還提供ー種ニ氧化鈦材料，其實(shí)由上述方法制備的。實(shí)施例9本實(shí)施例還提供ー種染料敏化太陽(yáng)能電池，其光陽(yáng)極含有上述所述的ニ氧化鈦材料?？梢岳斫獾氖?，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將鈦鹽與無(wú)機(jī)鹽的醇溶液混合,鈦鹽在溶液中陳化得到陳化產(chǎn)物,其中，無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中含有至少能使鈦鹽水解量的水； (2)將陳化產(chǎn)物高溫灼燒，得到二氧化鈦材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)鹽為氯化物鹽、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或者幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硝酸鉀、硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉀中的一種或者幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中的無(wú)機(jī)鹽的濃度為0. OOIM^O. 1M。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述鈦鹽為鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、乳酸鈦銨、氟鈦酸銨、硫酸鈦、四氯化鈦中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中鈦鹽與無(wú)機(jī)鹽的醇溶液混合后，鈦鹽的濃度為lwt% 10wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中的陳化時(shí)間為12、6小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二氧化鈦材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的灼燒溫度為30(T60(TC，灼燒時(shí)間為I 12小時(shí)。
9.一種二氧化鈦材料，其特征在于，其是由權(quán)利要求廣8任意一項(xiàng)所述的方法制備的。
10.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，其光陽(yáng)極含有權(quán)利要求9所述的二氧化鈦材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化鈦材料及其制備方法、以及由該材料制得的染料敏化太陽(yáng)能電池。該材料的制備方法包括以下步驟(1)將鈦鹽與無(wú)機(jī)鹽的醇溶液混合，鈦鹽在溶液中陳化得到陳化產(chǎn)物，其中，無(wú)機(jī)鹽的醇溶液中含有至少能使鈦鹽水解量的水；(2)將陳化產(chǎn)物高溫灼燒，得到二氧化鈦材料。該制備工藝生產(chǎn)效率高、成本低、制得的二氧化鈦的比表面積大以及粒徑分布均勻，可以用于大批量生產(chǎn)粒徑分布均勻的高比表面積的二氧化鈦。由于該方法制得的二氧化鈦具有超高的比表面積，所以可以廣泛用于光催化、光化學(xué)、鋰電池、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01G9/20GK102815748SQ20121030574
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者盧磊, 曾紹忠, 朱廣燕, 陳效華 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司