薄膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明旨在提出一種以PS膠體晶體為模板制備的三維有序大孔TiO2，并構(gòu)建了分層次有序大孔TiO2雙層膜。一種大孔TiO2薄膜的制備方法，包括以下步驟：步驟1：膠體微球的制備；步驟2：PS膠體晶體的制備；步驟3：大孔TiO2薄膜的制備。本發(fā)明制得的大孔TiO2薄膜，其孔結(jié)構(gòu)高度有序，孔徑均勻(約為200nm)，大孔之間是由規(guī)則排列的小孔相互連通，形成了三維有序排列的通道網(wǎng)絡(luò)，樣品的孔間距與原模板的球心間距相比縮小了近20％，表明在煅燒過程中大孔骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的收縮，有序大孔TiO2雙層膜與純P25薄膜為光陽極的DSSCs相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了46.15％。
【專利說明】 一種大孔T12薄膜的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大孔T12薄膜的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]DSSCs由染料敏化半導(dǎo)體氧化物薄膜(通常為銳鈦礦型T12)、電解質(zhì)、對(duì)電極和導(dǎo)電基底組成。作為光陽極，納米T12薄膜是電荷分離和傳輸?shù)妮d體，在DSSCs中起著至關(guān)重要的作用。在目前所報(bào)道的T12光陽極制備方法中，得到的大多為無序結(jié)構(gòu)的T12薄膜。而多孔膜中無序堆積的納米T12顆粒減慢了電子的擴(kuò)散速率，導(dǎo)致光陽極中電子與電解質(zhì)和染料的復(fù)合加劇，從而降低了電子的收集效率。目前，如何制備有序結(jié)構(gòu)的T12電極，以縮短電子傳輸路程并使其傳輸通道更通暢，降低電子空穴對(duì)的復(fù)合來提高電池的T)成為研究熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提出一種以PS膠體晶體為模板制備的三維有序大孔T12，并構(gòu)建了分層次有序大孔T12雙層膜。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
一種大孔T12薄膜的制備方法，包括以下步驟:
步驟1:膠體微球的制備:
(I):原材料的準(zhǔn)備:苯乙烯、丙烯酸、過硫酸鉀、鈦酸四異丙酯、無水乙醇、異丙醇、二乙醇胺、濃硫酸、過氧化氫、乙酰丙酮和OP乳化劑；N719染料和電解液；其中，苯乙烯單體通過5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液去除阻聚劑，過硫酸鉀在40°C下進(jìn)行重結(jié)晶。
[0005](2)膠體微球的制備:
2-1:向四口燒瓶中加入Sg苯乙烯單體和Ig丙烯酸單體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌回流；
2-2:待溶液加熱到70°C恒溫后，以2mL / min的速度緩慢滴加含有引發(fā)劑KPS水溶液其中，KPS水溶液的制備方法為將0.29 KPS溶于80mL去離子水中，滴加前預(yù)熱至70°C即可；
2-3:在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以300r / min的磁力攪拌反應(yīng)1h ；
2-4:反應(yīng)結(jié)束自然冷卻至室溫，將獲得的PS乳膠液離心洗滌數(shù)次，制得膠體微球，備用。
[0006]步驟2:PS膠體晶體的制備:
(1)載玻片的處理:在98% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2SO4和30 % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2O2混合溶液(體積比為3:1)中浸泡12h進(jìn)行親水處理；
(2)將上述載玻片和導(dǎo)電玻璃依次放人異丙醇、無水乙醇和去離子水中進(jìn)行超聲清洗，并在氮?dú)饬髦懈稍?，備用?br> (3)在溫度為55°C和相對(duì)濕度為70%的條件下，將基片垂直浸入PS微球懸浮液(0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))中，靜置12h，即可在基片表面獲得自組裝的膠體晶體，取出后自然干燥。
[0007]步驟3:大孔T12薄膜的制備:
(O:將鈦酸四異丙酯、無水乙醇、二乙醇胺和去離子水混合，得到T12前驅(qū)體溶膠；
(2):將經(jīng)過上述步驟2獲得的膠體晶體垂直浸潰在鈦溶膠中，然后以2.5mm/s的提拉速度將膠體晶體抽出，溶膠滲入到膠體晶體的空隙中，得到鈦溶膠/ PS膠體晶體的復(fù)合物；
(3)將經(jīng)過浸潰處理的上述復(fù)合物充分暴露在空氣中直至完全干燥，升溫后保溫2h后隨爐冷卻至室溫，即制得大孔T12薄膜。
[0008]優(yōu)選地，所述鈦酸四異丙酯、無水乙醇、二乙醇胺和去離子水以1:7.44:0.24:0.06的質(zhì)量比混合。
[0009]或者優(yōu)選地，所述膠體晶體垂直浸潰在鈦溶膠的時(shí)間為lmin。
[0010]或者優(yōu)選地，所述步驟3中升溫速度為2°C / min,升溫到500°C。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
本發(fā)明制得的大孔T12薄膜，其孔結(jié)構(gòu)高度有序，孔徑均勻(約為200nm)，大孔之間是由規(guī)則排列的小孔相互連通，形成了三維有序排列的通道網(wǎng)絡(luò)，樣品的孔間距與原模板的球心間距相比縮小了近20%，表明在煅燒過程中大孔骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的收縮，有序大孔T12雙層膜與純P25薄膜為光陽極的DSSCs相比，
光電轉(zhuǎn)換效率提高了 46.15%。

【具體實(shí)施方式】
[0012]一種大孔T12薄膜的制備方法，包括以下步驟:
步驟1:膠體微球的制備:
(I):原材料的準(zhǔn)備:苯乙烯、丙烯酸、過硫酸鉀、鈦酸四異丙酯、無水乙醇、異丙醇、二乙醇胺、濃硫酸、過氧化氫、乙酰丙酮和OP乳化劑；N719染料和電解液；其中，苯乙烯單體通過5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液去除阻聚劑，過硫酸鉀在40°C下進(jìn)行重結(jié)晶。
[0013](2)膠體微球的制備:
2-1:向四口燒瓶中加入Sg苯乙烯單體和Ig丙烯酸單體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌回流；
2-2:待溶液加熱到70°C恒溫后，以2mL / min的速度緩慢滴加含有引發(fā)劑KPS水溶液其中，KPS水溶液的制備方法為將0.29 KPS溶于80mL去離子水中，滴加前預(yù)熱至70°C即可；
2-3:在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以300r / min的磁力攪拌反應(yīng)1h ；
2-4:反應(yīng)結(jié)束自然冷卻至室溫，將獲得的PS乳膠液離心洗滌數(shù)次，制得膠體微球，備用。
[0014]步驟2:PS膠體晶體的制備:
(1)載玻片的處理:在98% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2SO4和30 % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2O2混合溶液(體積比為3:1)中浸泡12h進(jìn)行親水處理；
(2)將上述載玻片和導(dǎo)電玻璃依次放人異丙醇、無水乙醇和去離子水中進(jìn)行超聲清洗，并在氮?dú)饬髦懈稍?，備用?br> (3)在溫度為55°C和相對(duì)濕度為70%的條件下，將基片垂直浸入PS微球懸浮液(0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))中，靜置12h，即可在基片表面獲得自組裝的膠體晶體，取出后自然干燥。
[0015]步驟3:大孔T12薄膜的制備:
(1):將鈦酸四異丙酯、無水乙醇、二乙醇胺和去離子水水以1:7.44:0.24:0.06的質(zhì)量比混合，得到T12前驅(qū)體溶膠；
(2):將經(jīng)過上述步驟2獲得的膠體晶體垂直浸潰在鈦溶膠中，Imin后以2.5mm/s的提拉速度將膠體晶體抽出，溶膠滲入到膠體晶體的空隙中，得到鈦溶膠/ PS膠體晶體的復(fù)合物；
(3)將經(jīng)過浸潰處理的上述復(fù)合物充分暴露在空氣中直至完全干燥，升溫后保溫2h后隨爐冷卻至室溫，即制得大孔T12薄膜，其中，升溫速度為2°C/ min，升溫到500°C。
【權(quán)利要求】
1.一種大孔T12薄膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:膠體微球的制備: (1):原材料的準(zhǔn)備:苯乙烯、丙烯酸、過硫酸鉀、鈦酸四異丙酯、無水乙醇、異丙醇、二乙醇胺、濃硫酸、過氧化氫、乙酰丙酮和OP乳化劑；N719染料和電解液；其中，苯乙烯單體通過5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氫氧化鈉溶液去除阻聚劑，過硫酸鉀在40°C下進(jìn)行重結(jié)晶； (2)膠體微球的制備: 2-1:向四口燒瓶中加入Sg苯乙烯單體和Ig丙烯酸單體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌回流； 2-2:待溶液加熱到70°C恒溫后，以2mL / min的速度緩慢滴加含有引發(fā)劑KPS水溶液其中，KPS水溶液的制備方法為將0.29 KPS溶于80mL去離子水中，滴加前預(yù)熱至70°C即可； 2-3:在氮?dú)獗Ｗo(hù)下以300r / min的磁力攪拌反應(yīng)1h ； 2-4:反應(yīng)結(jié)束自然冷卻至室溫，將獲得的PS乳膠液離心洗滌數(shù)次，制得膠體微球，備用； 步驟2:PS膠體晶體的制備: (1)載玻片的處理:在98% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2SO4和30 % (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2O2混合溶液(體積比為3:1)中浸泡12h進(jìn)行親水處理； (2)將上述載玻片和導(dǎo)電玻璃依次放人異丙醇、無水乙醇和去離子水中進(jìn)行超聲清洗，并在氮?dú)饬髦懈稍铮瑐溆茫? (3)在溫度為55°C和相對(duì)濕度為70%的條件下，將基片垂直浸入PS微球懸浮液(0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))中，靜置12h，即可在基片表面獲得自組裝的膠體晶體，取出后自然干燥； 步驟3:大孔T12薄膜的制備: (O:將鈦酸四異丙酯、無水乙醇、二乙醇胺和去離子水混合，得到T12前驅(qū)體溶膠； (2):將經(jīng)過上述步驟2獲得的膠體晶體垂直浸潰在鈦溶膠中，然后以2.5mm/s的提拉速度將膠體晶體抽出，溶膠滲入到膠體晶體的空隙中，得到鈦溶膠/ PS膠體晶體的復(fù)合物； (3)將經(jīng)過浸潰處理的上述復(fù)合物充分暴露在空氣中直至完全干燥，升溫后保溫2h后隨爐冷卻至室溫，即制得大孔T12薄膜。
2.如權(quán)利要求1一種大孔T12薄膜的制備方法，其特征在于:所述鈦酸四異丙酯、無水乙醇、二乙醇胺和去離子水以1:7.44:0.24:0.06的質(zhì)量比混合。
3.如權(quán)利要求1一種大孔T12薄膜的制備方法，其特征在于:所述膠體晶體垂直浸潰在鈦溶膠的時(shí)間為Imin。
4.如權(quán)利要求1一種大孔T12薄膜的制備方法，其特征在于:所述步驟3中升溫速度為 2°C / min，升溫到 500 0C ο
【文檔編號(hào)】H01G9/048GK104332316SQ201410575525
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月25日
【發(fā)明者】郝青 申請(qǐng)人:陜西玉航電子有限公司