[0032] 本发明提供了一种石墨烯基光电转化器件的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 将碳纤维进行酸处理后稀释，得到氧化石墨烯溶液；所述酸处理用酸包括硝酸和硫酸；
[0034] 将亲水性碳布浸入所述氧化石墨烯溶液中进行电化学沉积，得到氧化石墨烯-碳布复合材料；
[0035] 将所述氧化石墨烯-碳布复合材料进行氢气还原，得到石墨烯基光电转化器件。
[0036] 本发明将碳纤维进行酸处理后稀释，得到氧化石墨烯溶液。在本发明中，所述碳纤维优选为二次回收的碳纤维，使用二次回收的碳纤维为原料，可进一步降低制备成本；本发明对所述碳纤维的尺寸没有要求，使用本领域技术人员熟知尺寸的碳纤维即可。
[0037] 在本发明中，所述酸处理用酸包括硝酸和硫酸；所述硝酸的质量浓度优选为65～68％，更优选为68％；所述硫酸的质量浓度优选为95～98％，更优选为98％；所述硫酸和硝酸的质量比优选为40～50:7～15，更优选为43～48:8～12；所述硫酸的质量和碳纤维的质量比优选为40～50:1，更优选为43～48:1；所述硝酸的质量和碳纤维的质量比优选为7～
15:1，更优选为8～12:1。在本发明中，所述酸处理的温度优选为100～140℃，更优选为110～130℃；所述酸处理的时间优选为2～11h，更优选为5～10h。
[0038] 本发明优选将碳纤维浸泡在硝酸和硫酸的混合酸中进行酸处理。在本发明的酸处理过程中，在混合酸的强氧化作用下，碳纤维发生氧化反应，氧化反应使碳纤维表面引入含氧官能团羰基和羧基，从而使碳纤维转变为氧化石墨烯。
[0039] 酸处理完成后，本发明将酸处理液进行稀释，得到氧化石墨烯溶液。在本发明中，所述稀释用稀释剂优选为去离子水，所述去离子水和酸处理液质量比优选为7～12:1，更优选为10:1。
[0040] 在本发明中，所述氧化石墨烯溶液的浓度优选为1.8～2.5mg/mL，更优选为2.0～2.2mg/mL；所述氧化石墨烯溶液的pH值优选为2～5，更优选为3～4。在本发明中，酸处理所得酸处理液的酸度较大，石墨烯浓度较高，本发明通过稀释降低酸度，获得合适的石墨烯浓度，以便于后续的电化学沉积。
[0041] 得到氧化石墨烯溶液后，本发明将亲水性碳布浸入所述氧化石墨烯溶液中进行电化学沉积，得到氧化石墨烯-碳布复合材料。在本发明中，所述亲水性碳布优选由碳纤维片或碳纤维带制备得到；本发明对所述亲水性碳布的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知来源的亲水性碳布即可，如市售的亲水性碳布；本发明对所述亲水性碳布的尺寸没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，可根据实际要求确定亲水性碳布的尺寸。在本发明中，亲水性碳布表面含有大量的亲水官能团(羟基、羧基等)，为电化学沉积氧化石墨烯提供了良好的条件。
[0042] 在本发明中，所述电化学沉积优选为恒电压沉积，所述电化学沉积的沉积电压优选为5～8V，更优选为6～7V；所述电化学沉积的沉积时间优选为6～12h，更优选为8～10h。
[0043] 本发明优选使用两块亲水性碳布放入氧化石墨烯溶液中，使两块碳布分别与电化学工作站的正负极相接，电化学沉积过程中，氧化石墨烯在与正极相接的碳布表面沉积，氧化石墨烯表面含有羧基和羰基等含氧官能团，亲属性碳布表面含有羟基和羧基等亲水基团，二者在电化学沉积过程中通过脱水反应生成酯基等基团，从而使氧化石墨烯和碳布进行稳定的连接；在本发明中，碳布的两个表面均有氧化石墨烯的沉积。
[0044] 电化学沉积完成后，本发明将所述氧化石墨烯-碳布复合材料进行氢气还原，得到石墨烯基光电转化器件。在本发明中，所述氢气还原的温度优选为200～400℃，更优选为250～350℃，所述氢气还原的时间优选为1.5～3h，更优选为2～2.5h；所述氢气还原的氢气流量优选为50～80mL/min，更优选为60～70mL/min。
[0045] 本发明优选将氧化石墨烯-碳布复合材料直接放置于氢气气氛的管式炉中进行还原；本发明通过氢气还原将碳布表面的氧化石墨烯还原为石墨烯，从而得到石墨烯基光电转化器件。
[0046] 本发明提供了上述方案所述制备方法制备的石墨烯基光电转化器件，包括碳布和附着在所述碳布上的石墨烯。本发明提供的光电转化器件以碳布为基底，具有良好的机械稳定性和柔韧性，在光照条件下可直接将环境能量转化为电能，光电转化性能好，能源利用率高。
[0047] 本发明提供了上述方案所述的石墨烯基光电转化器件在光电转化中的应用。在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：
[0048] 将所述石墨烯基光电转化器件置于液态物质中，在光照条件下，所述石墨烯基光电转化器件通过液态物质蒸发诱导发电。
[0049] 在本发明中，所述液态物质优选为水、无机盐溶液、酸或醇类溶剂；所述无机盐溶液优选为氯化钠溶液和/或硫酸钠溶液；所述无机盐溶液的浓度优选为0.01～1mol/L，更优选为0.5mol/L；所述酸优选为盐酸，所述酸的浓度优选为0.01～1mol/L，更优选为0.5mol/L；所述醇类溶剂优选为乙二醇、乙醇、正己醇和聚乙二醇中的一种或几种，更优选为乙二醇。
[0050] 本发明直接将石墨烯基光电转化器件置于在上述液态物质中即可，当碳布表面的石墨烯与水、无机盐溶液和酸等液态物质接触时，由于石墨烯Zate电位为负值，溶液中的正离子由于电荷作用将被石墨烯吸引移动到石墨烯表面，由于负离子有负的Zate电位将会被排斥远离石墨烯，在离子移动过中将有电能源源不断的向外输出，例如图1所示的NaCl溶液，Na+被吸引到石墨烯表面而Cl-将会被排斥远离石墨烯片；当液态物质为醇类溶剂时，碳布表面的石墨烯可以吸引醇类的端羟基上的氢离子使其发生一定的偏移，在偏离的过程中产生一定的电能；此外，石墨烯表面含有大量的羧基，在和液态物质接触的过程中，石墨烯表面的羧基上的H+会发生电离并定向移动，从而产生电能。
[0051] 本发明对所述光照条件没有特殊要求，在自然条件下进行光照即可，本发明在自然条件下即可实现光电转化，不需要额外能量的输入，从而提高了能源利用率。
[0052] 下面结合实施例对本发明提供的石墨烯基光电转化器件及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0053] 实施例1
[0054] 氧化石墨烯溶液制备：将2g二次回收的碳纤维加入60mL浓硫酸与20mL浓硝酸的混合酸中，然后将混合物置于100℃条件下反应3h，得到酸处理液，使用去离子水将酸处理液稀释10倍，得到氧化石墨烯溶液(pH值为2～5)。
[0055] 取石墨烯溶液200mL于烧杯中，然后将两块碳布分别与电化学工作站的正负两极连接，在6V的电压下电沉积10h，即可得到氧化石墨烯-碳布复合材料。
[0056] 将氧化石墨烯-碳布复合材料在氢气气氛的管式炉中进行还原处理，得到石墨烯基光电转化器件，其中还原温度为200℃，还原时间为2h，氢气流量为50ml/min。
[0057] 石墨烯基光电转化器件的制备流程示意图如图1所示；
[0058] 对制备的石墨烯基光电转化器件进行表征：
[0059] (1)将未做处理的碳布和本实施例得到的石墨烯基光电转化器件进行X射线衍射测试，所得结果如图2所示；根据图2可以看出，石墨烯沉积后的碳布衍射角基本没有变化，而衍射峰强有所降低，这是由于石墨烯密集的排布于碳布所造成的。
[0060] (2)对本实施例得到的石墨烯基光电转化器件进行SEM测试，所得结果如图3～图4所示，其中图3为比例尺为200nm时石墨烯基光电转化器件的SEM图，图4为比例尺为1μm时石墨烯基光电转化器件的SEM图；从图3可以看出，碳布上的石墨烯为典型的层状结构；图4显示碳布上密集排布着石墨烯，这种排布有石墨烯的碳布可以更好的吸收太阳能，同时更容易使石墨烯与溶液接触，从而石墨烯表面的-COOH上的H+发生电离并定向移动产生电能。
[0061] (3)对未做处理的碳布、石墨烯和本实施例制备的石墨烯基光电转化器件进行红外光谱测试，所得结果如图5所示；根据图5可以看出沉积石墨烯后的碳布相比未处理的碳布约在1627cm-1和1720cm-1处有两个红外伸缩峰，此峰与石墨烯在此处的伸缩峰完全符合，此结果很好的证明了石墨烯已经沉积于碳布上。
[0062] 对制备的石墨烯基光电转化器件进行光电转化性能测试：
[0063] (1)控制氯化钠溶液的浓度分别为0.01mol/L、0.1mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、1.0mol/L，在1kWm-2的光照条件下进行蒸发诱导产生的电能的电化学测试，所得测试结果如图6所示；根据图6可以看出，当NaCl溶液的浓度为0.5mol/L时，溶液蒸发产生的电能最大约为0.4V，说明本发明的光电转化器件对外输出的电能较大，光电转化性能好。
[0064] (2)控制氯化钠溶液、盐酸和硫酸钠溶液的浓度分别为0.01mol/L、0.1mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、1.0mol/L，在1kWm-2的光照条件下进行蒸发诱导产生的电能的电化学测试，所得测试结果如图7所示；从图7中可以看出，蒸发诱导产生的电能随浓度变化的趋势为先增大后减少，且三种溶液都满足这种规律。
[0065] (3)在1kWm-2的光照条件下测试石墨烯基光电转化器件在乙二醇、乙醇、正己醇和聚乙二醇中的光电转化性能，测试结果如图8所示；根据图8可以看出，本发明制备的光电转化器件在醇类溶剂中也能够诱导发电，且乙二醇蒸发诱导产生的电能较其他有机溶剂大，可能是由于乙二醇具有最强的极性。
[0066] 实施例2
[0067] 将碳纤维的用量由2g调整为2.5g，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0068] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0069] 实施例3
[0070] 浓硫酸用量由60mL调整为65mL，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0071] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0072] 实施例4
[0073] 电化学沉积时间由3h调整为12h，，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0074] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0075] 实施例5
[0076] 浓硝酸用量由20mL调整为25mL，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0077] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0078] 实施例6
[0079] 电化学沉积过程中，氧化石墨烯溶液用量由200ml调整为230ml，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0080] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0081] 实施例7
[0082] 将酸处理的处理温度由100℃调整为120℃，其他条件和实施例1相同，得到石墨烯基光电转化器件。
[0083] 按照实施例1中的方法对石墨烯基光电转化器件进行表征和光电转化性能测试，所得结果和实施例1相似。
[0084] 由以上实施例可知，本发明提供的光电转化器件光电转化性能好，在自然环境下即可进行溶液蒸发诱导产电，在一个正常太阳光光照条件下在不同的溶剂中可以输出不同的电压，在不同浓度的溶液中也可诱导产生不同的电压，不需要额外能量的输入，可直接将环境能量转化为电能，能源的利用率高，且制备方法简单，成本低，制备时间短，柔韧易携带，具有广阔的应用前景。
[0085] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
