一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極及其制備方法，本發明以浸涂聚合物凝膠電解質的石墨烯纖維為內電極，將石墨烯/氫化TiO2納米棒纖維順序緊密纏繞在內電極上，構建所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。本發明的制備方法包括：制備氧化石墨烯纖維；還原制備石墨烯纖維；制備石墨烯/氫化TiO2納米棒纖維；最后將石墨烯/氫化TiO2納米棒纖維順序緊密纏繞在纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。本發明制備的光電極具有制備簡單、導電性好、可見光活性高、柔性好、可編織等優點。本發明可用于太陽能轉化及有機廢氣光催化降解，在光電轉化領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于柔性光電轉化器件材料領域，具體涉及一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極及其制備方法。
【背景技術】
[0003]石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，因其具有優異的力學、光學、電學、熱學性能以及獨特的二維結構，引起了世界各國學者的廣泛關注。為了推動石墨烯材料的實際應用，需將其制成一維的纖維、二維的薄膜以及三維的氣凝膠等宏觀組裝結構。其中，石墨烯纖維以其良好的力學強度、柔韌性、導電性和可編織性，迅速成為石墨烯領域的研究熱點之一。目前，石墨烯纖維已在光伏電池、超級電容器、柔性纖維狀驅動器、固相微萃取、催化等方面顯示出潛在的應用價值，如中國專利CN103390507 B公布了一種石墨烯/鉑納米粒子復合纖維電極材料及其制備方法，以它為對電極的纖維狀染料敏化太陽能電池達到了 8.45%的光電轉化效率，是迄今為止所報導的線狀太陽能電池最高效率；中國專利CN 104916453 A公布了一種同軸石墨稀纖維超級電容器及其制備方法，該電容器比電容高、循環性良好、有很好的韌性；中國專利CN 104949609 A公開了一種石墨烯柔性傳感器及其制造方法，該傳感器具有優良形變能力和較高電阻應變靈敏系數。這些基于石墨烯纖維的器件呈現出良好的柔韌性和可編織性，在可穿戴電子器件領域具有廣闊的應用前景。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極及其制備方法。
[0005]為達到上述目的，本發明采用以下技術方案:
一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極，其內電極為表面浸涂聚合物凝膠電解質的石墨烯纖維，外電極為石墨烯/氫化T12納米棒纖維，由所述外電極順序緊密纏繞在內電極上構建。
[0006]—種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、將氧化石墨烯配制成10?20mg/ml的去離子水分散液，采用注射栗及00.5?
0.9mm的注射針頭將分散液注入到凝固浴中，浸泡10?30min后，取出并自然干燥得到氧化石墨烯纖維，備用；
步驟2、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于還原氛圍中，60?90°C下還原6?12h，得到石墨烯纖維；
步驟3、將步驟2制得的石墨烯纖維浸涂聚合物凝膠電解質，得到凝膠電解質包裹的石墨烯纖維狀電極，備用；
步驟4將、步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液中，密閉于反應釜中，經過水熱反應在石墨烯纖維表面修飾T12納米棒，清洗干燥后在H2/Ar氣氛中熱處理即得石墨烯/氫化T12納米棒纖維；
步驟5、將步驟4制得的石墨烯/氫化T12納米棒纖維順序緊密纏繞在步驟3制得的纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。
[0007]進一步，所述的步驟I中的凝固浴為:含有I?5wt% CaCl2的乙醇/水溶液，其中乙醇/水溶液為按1:1的體積比將乙醇和水均勻混合制得。
[0008]進一步，所述的步驟2中的還原氛圍為35?45%HI溶液。
[0009]進一步，所述的步驟3中的聚合物凝膠電解質為聚乙烯醇/磷酸凝膠電解質，其包含I份的聚乙烯醇，9份水和I份磷酸。
[0010]進一步，所述的步驟4中的鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液各組分的體積比為1:8 ?12:8 ?12。
[0011 ]進一步，所述的步驟4中的的水熱反應溫度為120?180 °C，水熱反應時間為8?12
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[0012]進一步，所述的步驟4中的H2/Ar氣氛中熱處理方法為:H2(5?20%)/Ar氣氛中250?450°C下加熱3?6h。
[0013]本發明的有益效果:
1、本發明在石墨稀纖維表面負載氫化Ti02納米棒，一方面，Ti02納米棒降低了光生電子-正穴的再結合幾率;另一方面，氫化T12具有較高的可見光活性及導電性;致使石墨烯/氫化T12納米棒纖維具有高光電轉化性能。
[0014]2、石墨烯纖維復合光電極的芯鞘型結構具有較高接觸面積，有利于電子的快速傳遞和轉移，進而提尚復合光電極的光電轉化性能。
[0015]3、石墨烯對有機廢棄物吸附能力強，有利于石墨烯纖維復合光電極對有機污染物的光催化降解及光電轉化。
[0016]4、石墨烯纖維復合光電極柔韌性好，可編織，易于放大化。
【附圖說明】
[0017]圖1是芯鞘型石墨烯纖維復合光電極制備流程示意圖圖2是石墨烯纖維復合光電極的光學圖片。
【具體實施方式】
[0018]為了更好地理解本發明，以下結合實施例對本發明作進一步說明:
實施例1:
一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、將氧化石墨烯配制成15mg/mL的去離子水分散液，采用注射栗及00.7mm的注射針頭將分散液注入到含3wt% CaCl2的乙醇/水(1:1 v/v)凝固浴中，浸泡20min后，取出并自然干燥得到氧化石墨烯纖維，備用；
步驟2、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于40%HI溶液中，800C下還原1h，得到石墨烯纖維；
步驟3、將步驟2制得的石墨烯纖維浸涂聚乙烯醇/磷酸凝膠電解質，得到凝膠電解質包裹的纖維狀電極，備用；
步驟4、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于體積比為1:10:10的鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液中，密閉于反應釜中，在150 °C溫度下水熱反應1h，清洗干燥后在H2 (10%) /Ar氣氛中250°C下加熱5h即得石墨烯/氫化T12納米棒纖維；
步驟5、將步驟4制得的石墨烯/氫化T12納米棒纖維順序緊密纏繞在步驟3制得的纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。
[0019]實施例2:
一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、將氧化石墨烯配制成10mg/mL的去離子水分散液，采用注射栗及00.5mm的注射針頭將分散液注入到含5wt% CaCl2的乙醇/水(1:1 v/v)凝固浴，浸泡15min后，取出并自然干燥得到氧化石墨烯纖維，備用；
步驟2、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于35%HI溶液中，60 0C下還原12h，得到石墨烯纖維；
步驟3、將步驟2制得的石墨烯纖維浸涂聚乙烯醇/磷酸凝膠電解質，得到凝膠電解質包裹的纖維狀電極，備用；
步驟4、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于體積比為1:8:8的鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液中，密閉于反應釜中，在120 °C溫度下水熱反應18 h，清洗干燥后在H2 (15%)/Ar氣氛中250°C下加熱6h即得石墨烯/氫化T12納米棒纖維；
步驟5、將步驟4制得的石墨烯/氫化T12納米棒纖維順序緊密纏繞在步驟3制得的纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。
[0020]實施例3:
一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、將氧化石墨烯配制成20mg/mL的去離子水分散液，采用注射栗及00.9mm的注射針頭將分散液注入到含2wt% CaCl2的乙醇/水(1:1 v/v)凝固浴中，浸泡30min后，取出并自然干燥得到氧化石墨烯纖維，備用；
步驟2、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于45%HI溶液中，900C下還原6h，得到石墨烯纖維；
步驟3、將步驟2制得的石墨烯纖維浸涂聚乙烯醇/磷酸凝膠電解質，得到凝膠電解質包裹的纖維狀電極，備用；
步驟4、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于體積比為1:12:12的鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液中，密閉于反應釜中，在180°C溫度下水熱反應1h，清洗干燥后在H2(15%)/Ar氣氛中450°C下加熱3h即得石墨烯/氫化T12納米棒纖維；
步驟5、將步驟4制得的石墨烯/氫化T12納米棒纖維順序緊密纏繞在步驟3制得的纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。
[0021]雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極，其特征在于:所述的電極其內電極為表面浸涂聚合物凝膠電解質的石墨烯纖維，外電極為石墨烯/氫化T12納米棒纖維，所述外電極順序緊密纏繞在內電極上構建。2.—種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、將氧化石墨烯配制成10?20mg/ml的去離子水分散液，采用注射栗及00.5?0.9mm的注射針頭將分散液注入到凝固浴中，浸泡10?30min后，取出并自然干燥得到氧化石墨烯纖維，備用； 步驟2、將步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于還原氛圍中，60?90°C下還原6?12h，得到石墨烯纖維； 步驟3、將步驟2制得的石墨烯纖維浸涂聚合物凝膠電解質，得到凝膠電解質包裹的石墨烯纖維狀電極，備用； 步驟4將、步驟I制得的氧化石墨烯纖維置于鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液中，密閉于反應釜中，經過水熱反應在石墨烯纖維表面修飾T12納米棒，清洗干燥后在H2/Ar氣氛中熱處理即得石墨烯/氫化T12納米棒纖維； 步驟5、將步驟4制得的石墨烯/氫化T12納米棒纖維順序緊密纏繞在步驟3制得的纖維電極上，即構建成所述的芯鞘型石墨烯纖維復合光電極。3.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，所述的步驟I中的凝固浴為:含有I?5 wt% CaCl2的乙醇/水溶液，其中乙醇/水溶液為按1:1的體積比將乙醇和水均勻混合制得。4.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于:所述的步驟2中的還原氛圍為35?45% HI溶液。5.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中的聚合物凝膠電解質為聚乙烯醇/磷酸凝膠電解質，其包含I份的聚乙烯醇，9份水和I份磷酸。6.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中的鈦酸丁酯-去離子水-鹽酸混合溶液各組分的體積比為1:8?12:8?12。7.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中的的水熱反應溫度為120?180 °C，水熱反應時間為8?12h。8.根據權利要求2所述的一種芯鞘型石墨烯纖維復合光電極的制備方法，其特征在于，所述的步驟4中的H2/Ar氣氛中熱處理方法為:H2(5?20%)/Ar氣氛中250?450°C下加熱3?6h0
【文檔編號】D06M101/40GK106098154SQ201610354940
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月26日
【發明人】楊政鵬, 張春靜, 張雪峰, 張春雷, 趙威, 牛宇濤, 管學茂
【申請人】河南理工大學