环境保护与资源综合利用技术

本发明公开了一种开口空心碳球的制备方法， 及其作为对电极在染料敏化太阳能电池中的应用。 采用残碳率较低的聚合物微球为模板，通过水热法在其表面包覆碳源， 然后通过碳化并去除模板得到开口空心碳球。在模板气化分解过程中，由于碳球内部压力变大， 当达到其承受极限时， 模板气化分解所产生的气体会破壳而出， 从而在碳球表面留下一个开口。有利于电解液的扩散，使碳球内外面都能起到催化效果， 提高了电极的催化性能。 利用其制备电极， 组装染料敏化太阳能电池， 以开口空心碳球作为对电极的DSC效率， 超出以贵金属Pt为对电极的电池效率， 降低了DSC的制作成本，有利于实现DSC的商业化生产。

在众多碳材料中， 球形碳在学术和工业方面受到了广泛关注。 与其它球形碳材料相比， 空心碳球具有结构特殊、 比表面积大、 比重小、 耐高温、 耐酸碱、 导电、 导热和丰富的纳米尺度空隙等优点。 因此， 它在吸附、 储能、 催化剂、 催化剂载体、 电极材料等领域具有广泛的应用前景。近年来，   越来越多的方法被用到空心碳球的合成当中，有效地促进了空心碳球朝着可控、 经济、 简易的方向发展。 合成方法主要有：化学气相沉积法、 金属还原法、 冲击压缩法、  水热合成法和模板法等。其中，  模板法制备空心碳球被认为是较成熟的合成方法。所谓模板法制备空心碳球， 就是将易于合成和控制的物质作为模板， 通过物理或化学的方法将碳源沉积到模板上，形成核壳结构，碳化，  去除模板，得到形貌和粒径可控的空心碳球。模板法根据其模板材料的不同可分为硬模板法和软模板法。 然而,到目前为止， 模板法制备的空心碳球外表面都是完整的， 由于碳球是封闭的， 这种碳球的内部不能有效起到相应的作用，  如果在碳球表面打开个开口，碳球内部表面也能得到有效利用。与完整的空心碳球相比， 开口空心碳球更具优点。例如，  在相同体积下，开口的空心碳球具有更大的比表面积。在应用方面， 这种空心开口结构有利于液体电解液， 药物分子等液态材料的进入， 因此， 这种表面开口的空心碳球比完整的空心碳球更适合用作催化剂或者药物载体材料。 然而， 现有技术中关于制备开口空心碳球的方法鲜有报道。

本发明的有益效果是：利用模板法合成了粒径均一，表面有开口的空心碳球。在染料敏化太阳能电池中， 由这种碳球制备的对电极表现出很高的催化活性， 能代替昂贵的金属Pt电极，  有利于降低染料敏化太阳能电池的成本