基于CSUB60/SUB/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200910067008.9

申请日:

2009.05.25

公开号:

CN101560063A

公开日:

2009.10.21

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C03C 17/34公开日:20091021|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

C03C17/34

主分类号:

C03C17/34

申请人:

中国科学院长春应用化学研究所

发明人:

高 翔; 王德艳

地址:

130022吉林省长春市人民大街5625号

优先权:

专利代理机构:

长春科宇专利代理有限责任公司

代理人:

马守忠

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内容摘要

本发明提供了一种基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法。由30μL含有1.0mM C60和10mM四辛基溴化铵的溶液制备的C60/四辛基溴化铵复合涂层的电流密度大小为1300nA/cm2,而单纯由30μL含有1.0mM C60溶液制备的C60涂层的光电流密度仅为550nA/cm2,表明前者的光电流密度是后者的2.4倍;基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的电压响应灵敏度为9nA/mV,单纯C60涂层的电压响应灵敏度仅为5nA/mV,表明前者比后者具有更高的光电转换性能及电压响应灵敏度,具有良好的应用前景。

权利要求书

1、  基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法,其特征在于步骤和条件如下:
将氧化铟锡导电玻璃电极用清水清洗,再依次用丙酮、乙醇超声清洗,之后用氮气流吹干;把氧化铟锡导电玻璃电极的氧化铟锡一面朝上水平放置,将浓度范围为0.2mM-1.0mM的C60和浓度范围为2mM-20mM的四辛基溴化铵在甲苯中混合,超声溶解,得到紫红色的C60/四辛基溴化铵甲苯溶液;优选采用含有1.0mM浓度的C60和10mM浓度的四辛基溴化铵的甲苯溶液;
将得到的紫红色C60/四辛基溴化铵甲苯溶液,用10微升移液器均匀滴涂于氧化铟锡导电玻璃电极表面,滴涂三次,每次10μL,滴涂膜层面积为0.8cm2-1.2cm2,膜层在室温空气中放置晾干,得到C60/四辛基溴化铵光电转换复合涂层膜。

说明书

基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法
技术领域
本发明涉及一种基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法。使用四辛基溴化铵与C60在氧化铟锡(ITO)导电玻璃电极上通过滴涂法构建具有光电转化性质的复合涂层,属于富勒烯光电材料的技术领域
背景技术
C60是由60个碳原子构成的球形三维笼型分子,具有独特的三维非定域π电子共轭结构和空间结构。C60具有较强的电子亲和能力,是良好的有机电子受体,从而使C60及其衍生物在光电能量转换体系中扮演着电子受体这一重要角色。
在基于C60的光电能量转换体系中,往往需要在氧化铟锡导电玻璃电极上构建一个均匀且性质稳定的C60涂层膜结构。常见的成膜方法包括Langmuir-Blodget法(J.Phys.Chem.1996,100,16685),自组装法(Chem.Mater.2004,16,5058)和电沉积法(J.Phys.Chem.B2000,104,4014)。其中Langmuir-Blodget和自组装法的活性物质负载量较少,光电转换效率较低;电沉积法虽可以负载较大量的活性物质,但制备条件较为复杂,设备要求较高。而做为最常见的制膜方法——滴涂法,由于C60分子间具有很强的分子间吸引力,很容易发生聚集,使得采用滴涂制备的C60膜电化学性质不稳定(J.Am.Chem.Soc.1991,113,5456),从而影响了其在光电能量转换体系中的应用。近期的工作表明,在C60体系中添加双亲分子,如四辛基溴化铵,可以形成微小囊泡,从而可以破坏C60的聚集,将C60较为均匀地分散到体系中,通过滴涂法可以获得电化学性质稳定的表面涂层膜结构(J.Phys.Chem.B2003,107,5844;Electrochem.Commun.2008,10,1377)。在此基础上,将该体系和方法运用在光电转换体系,也取得了较好效果。
发明内容
本发明提供了一种基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法,其中四辛基溴化铵的分子式为(n-C8H17)4NBr。在可见光照射及电子供体抗坏血酸存在时,该体系具有较好的光电化学响应,得到了较强且稳定的阳极光电流。
基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法的步骤和条件如下:
将氧化铟锡导电玻璃电极用清水清洗,再依次用丙酮、乙醇超声清洗,之后用氮气流吹干;把氧化铟锡导电玻璃电极的氧化铟锡一面朝上水平放置,将浓度范围为0.2mM-1.0mM的C60和浓度范围为2mM-20mM的四辛基溴化铵在甲苯中混合,超声溶解,得到紫红色的C60/四辛基溴化铵甲苯溶液;优选采用含有1.0mM浓度的C60和10mM浓度的四辛基溴化铵的甲苯溶液;
将得到的紫红色C60/四辛基溴化铵甲苯溶液,用10微升移液器均匀滴涂于氧化铟锡导电玻璃电极表面,滴涂三次,每次10μl,滴涂膜层面积为0.8cm2-1.2cm2,膜层在室温空气中放置晾干,得到C60/四辛基溴化铵光电转换复合涂层膜。
光电化学电流-时间(i-t)曲线测量在恒电位仪上进行。在光电化学电流-时间(i-t)曲线测量前,进一步用高纯氮气流对C60/四辛基溴化铵复合涂层表面进行吹洗。以荧光比色皿做为光电化学池,均匀覆盖有C60/四辛基溴化铵涂层的氧化铟锡导电玻璃电极为阳极工作电极,金属铂电极为对电极,银/氯化银电极为参比电极,0.1M Na2SO4水溶液为电解液,50mM抗坏血酸为电子供体试剂,350W氙灯为光源。实验前通高纯氩气驱除体系中的氧成份,光照/黑暗交替时间为20秒。实验施加偏压范围为-0.1V~0.2V。光电转换过程如示意图1所示,在光照条件下,抗坏血酸分子通过C60媒介体将电子转移至C60/四辛基溴化铵涂层,后者将电子传递到氧化铟锡导电玻璃电极,从而形成阳极光电流。
为确认C60/四辛基溴化铵复合膜优于单一的C60或四辛基溴化铵膜,采用同样方法和条件在氧化铟锡导电玻璃表面制备了单纯C60(1.0mM)和四辛基溴化铵(10mM)涂层,并进行光电化学电流-时间曲线测量。
图2是分别由30μl含有1.0mM C60和10mM四辛基溴化铵的溶液制备的C60/四辛基溴化铵复合膜、30μl含有1.0mM C60溶液制备的C60膜和30μl含有10mM四辛基溴化铵溶液制备的四辛基溴化铵涂层修饰电极产生的阳极电流-时间曲线,工作电压为0.1V。由图可见,采用C60/四辛基溴化铵复合涂层的光电化学池体系中产生了最强的光电流,其电流密度大小为1300nA/cm2。在相同条件下,采用单纯C60涂层的光电发生体系,其光电流密度仅为550nA/cm2,而对于单纯的四辛基溴化铵涂层膜体系,则无光电流产生。结果表明C60/四辛基溴化铵复合涂层的光电流密度是单纯C60涂层的2.4倍,具有比单纯C60和四辛基溴化铵涂层更高效的光电转换性能。
图3是由浓度为1.0mM的C60和10mM的四辛基溴化铵制成的复合膜与单纯C60(1.0mM)膜修饰电极的光电流与所施加偏压关系曲线。偏压在-0.1V~0V之间变化时,光电流增加缓慢。偏压在0V~0.2V之间变化时,光电流随偏压增加而迅速增大,光电流与偏压关系曲线(i-E曲线)基本为一条直线。在C60/四辛基溴化铵复合涂层体系中,i-E曲线斜率大约为9nA/mV。而在单纯C60涂层体系中,i-E曲线斜率大约仅为5nA/mV。结果再一次说明C60/四辛基溴化铵复合涂层具有更高的电压响应性能,优于单纯的C60涂层体系,在光电转化器件方面具有良好应用前景。同时,光电流随偏压增加而增大的现象也很好地说明了该体系所产生的电流是阳极电流。
有益效果:本发明提供的一种基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法,制备了具有较高光电转换性能的C60/四辛基溴化铵复合涂层膜。结果表明,该复合涂层性质稳定,易于制备,表现出高效的光电转换能力。由30μL含有1.0mMC60和10mM四辛基溴化铵的溶液制备的C60/四辛基溴化铵复合涂层的电流密度大小为1300nA/cm2,而单纯由30μl含有1.0mM C60溶液制备的C60涂层的光电流密度仅为550nA/cm2,表明C60/四辛基溴化铵复合涂层的光电流密度是单纯C60涂层的2.4倍;此外,C60/四辛基溴化铵复合涂层的电压响应灵敏度为9nA/mV,单纯C60涂层的电压响应灵敏度仅为5nA/mV,表明C60/四辛基溴化铵复合涂层具有比单纯C60涂层更高的光电转换性能及电压响应灵敏度,具有良好的应用前景。
附图说明
图1.C60/四辛基溴化铵光电转换复合涂层膜光电转换示意图。
图2.C60/四辛基溴化铵(实施例1)、C60、四辛基溴化铵涂层膜电极产生的电流-时间曲线图。施加偏压为0.1V。
图3.C60/四辛基溴化铵与C60涂层膜电极的光电流与所施加偏压关系曲线图。实验施加偏压范围为-0.1V~0.2V。
图4.实施例2的电流-时间曲线图。
图5.实施例3的电流-时间曲线图。
图6.实施例4的电流-时间曲线图。
图7.实施例5的电流-时间曲线图。
图8.实施例6的电流-时间曲线图。
图9.实施例7的电流-时间曲线图。
图10.实施例8的电流-时间曲线图。
图11.实施例9的电流-时间曲线图。
图12.实施例10的电流-时间曲线图。
具体实施方式
实施例1:C60/四辛基溴化铵复合涂层膜的滴涂制备和光电转换性能测试
首先将氧化铟锡导电玻璃电极用清水清洗,再依次用丙酮、乙醇超声清洗,之后用氮气流吹干,把氧化铟锡导电玻璃电极的氧化铟锡一面朝上水平放置,将浓度分别为1.0mM和10mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,超声溶解,得紫红色C60和四辛基溴化铵甲苯溶液。用10微升移液器将C60和四辛基溴化铵甲苯溶液均匀滴涂于氧化铟锡导电玻璃电极表面,滴涂三次,每次10μl。滴涂面积为1.2cm2,滴涂膜层在室温空气中放置晾干,并在光电化学实验前进一步用高纯氮气流对涂层表面进行吹洗。
以荧光比色皿作光电化学池,0.1MNa2SO4水溶液为电解质溶液,50mM抗坏血酸作为电子供体试剂。实验前通高纯氩气除氧,均匀覆盖有C60/四辛基溴化铵涂层的氧化铟锡导电玻璃电极为阳极工作电极,金属铂电极为对电极,银/氯化银电极为参比电极,350W氙灯为光源,光照/黑暗交替时间为20s。光电化学i-t曲线测量在恒电位仪上进行,实验前通高纯氩气驱除体系中的氧成份,实验施加偏压为0.1V,所得光电流密度为1300nA/cm2。结果如图2所示。
实施例2
将浓度分别为1.0mM和5mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为1.0cm2,所得光电流为645nA/cm2。结果如图4所示。
实施例3
将浓度分别为1.0mM和15mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为0.8cm2,所得光电流为855nA/cm2。结果如图5所示。
实施例4
将浓度分别为1.0mM和20mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为1.2cm2,所得光电流为370nA/cm2。结果如图6所示。
实施例5
将浓度分别为0.2mM和2mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为1.1cm2,所得光电流为272nA/cm2。结果如图7所示。
实施例6
将浓度分别为0.4mM和4mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为0.9cm2,所得光电流为506nA/cm2。结果如图8所示。
实施例7
将浓度分别为0.6mM和6mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为0.8cm2,所得光电流为818nA/cm2。结果如图9所示。
实施例8
将浓度分别为0.8mM和8mM的C60和四辛基溴化铵在甲苯中混合,其余操作如实施例1,涂层面积为1.1cm2,所得光电流为1146nA/cm2。结果如图10所示。
实施例9
改变测试偏压为-0.1V,其余操作如实施例1,涂层面积为1.2cm2,所得光电流密度为30nA/cm2。结果如图11所示。
实施例10
改变测试偏压为0.2V,其余操作如实施例1,涂层面积为1.2cm2,所得光电流密度为2140nA/cm2。结果如图12所示。

基于CSUB60/SUB/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法.pdf_第1页
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基于CSUB60/SUB/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法.pdf_第2页
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本发明提供了一种基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的滴涂制备方法。由30L含有1.0mM C60和10mM四辛基溴化铵的溶液制备的C60/四辛基溴化铵复合涂层的电流密度大小为1300nA/cm2,而单纯由30L含有1.0mM C60溶液制备的C60涂层的光电流密度仅为550nA/cm2,表明前者的光电流密度是后者的2.4倍;基于C60/四辛基溴化铵的光电转换复合涂层膜的电压响应灵敏度为9。

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