本發(fā)明屬于光電材料技術(shù)，尤其涉及一種提升石墨相氮化碳激子分離的方法。

背景技術(shù)：

1、由于frenkel激子之間的強(qiáng)庫倫相互作用，大塊石墨相氮化碳(g-c3n4)表現(xiàn)出較高的激子結(jié)合能，這導(dǎo)致了激子的解離緩慢以及嚴(yán)重的電荷復(fù)合。其次，由于大塊g-c3n4的比表面積較小，即使激子解離成自由電荷，電荷的傳輸也會(huì)受到阻礙。此外，g-c3n4表面反應(yīng)活性位點(diǎn)不足也可能導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，已經(jīng)采用了各種策略來提高大塊g-c3n4的光催化性能。

2、g-c3n4表現(xiàn)出較高的激子結(jié)合能高達(dá)328mev，遠(yuǎn)大于室溫能量26mev，所以g-c3n4的光生載流子在室溫下容易形成激子不易分離，嚴(yán)重制約了g-c3n4的光電應(yīng)用。因此，如何促進(jìn)g-c3n4的激子分離是提升其光電性能的關(guān)鍵。

3、提升g-c3n4光電響應(yīng)范圍的常用方法包括：

4、摻雜：通過摻入非金屬(如硫、磷、氮的不同形式)或金屬元素(如鎢、鉬)改變材料的電子結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍。

5、異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)建：與其他光電材料(如tio2、zno、graphene等)結(jié)合，形成異質(zhì)結(jié)，可以提高g-c3n4的光吸收范圍。

6、光譜調(diào)節(jié)：通過調(diào)整g-c3n4的合成條件(如反應(yīng)溫度和前驅(qū)體)來優(yōu)化其光譜響應(yīng)范圍。

7、改性：使用表面改性技術(shù)引入功能性基團(tuán)或缺陷，改善其光吸收特性。

8、量子點(diǎn)修飾：將量子點(diǎn)嵌入g-c3n4中，增加其對(duì)不同波長(zhǎng)光的響應(yīng)能力。

9、這些方法大都是靠加入第二種具有可見光響應(yīng)的物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。通過促進(jìn)激子分離實(shí)現(xiàn)g-c3n4光電響應(yīng)范圍提升的方式較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種提升石墨相氮化碳激子分離的方法。

2、本發(fā)明的一種提升石墨相氮化碳激子分離的方法，具體步驟為：

3、步驟1：通過尿素的熱聚合方法制備石墨相氮化碳g-c3n4。

4、將10克尿素放入一個(gè)帶蓋的氧化鋁坩堝中，然后將其置于馬弗爐內(nèi)，在550℃下焙燒3小時(shí)，升溫速率為5℃/min，待溫度降至室溫后，收集淺黃色粉末樣品，即為最終得到的g-c3n4催化劑。

5、步驟2：制備4-溴三苯胺/g-c3n4混合催化劑。

6、取0.1-30份質(zhì)量的4-溴三苯胺與99.9-70份的g-c3n4催化劑混合，加入到100份質(zhì)量的無水乙醇中，室溫?cái)嚢?h，轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，然后過濾，在80℃下烘干1h，得到4-溴三苯胺/g-c3n4混合催化劑。

7、步驟3：器件封裝。

8、在兩塊ito之間填充4-溴三苯胺/g-c3n4混合催化劑，導(dǎo)電面相對(duì)，形成ito/4-溴三苯胺/g-c3n4/ito三明治結(jié)構(gòu)，面積1-10cm2，厚度0.5-2微米，周圍用環(huán)氧樹脂密封，上下ito各連接導(dǎo)線。

9、步驟4：提升效能。

10、自然光照，通過ito導(dǎo)線在ito/4-溴三苯胺/g-c3n4/ito之間施加0.1-0.5v的直流靜電場(chǎng)，提高光伏響應(yīng)范圍，從300-400nm拓展到300-550nm。

11、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

12、本發(fā)明采用液相混合法，其制備方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和、耗能小，對(duì)設(shè)備無特殊要求，適合大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)用該法制備的g-c3n4復(fù)合材料可直接用作光催化及光伏器件，合成步驟少，操作簡(jiǎn)單，制得物性能優(yōu)良。實(shí)驗(yàn)證明，得益于4-溴三苯胺與g-c3n4之間的強(qiáng)耦合作用，擴(kuò)展了π電子離域，兩者正協(xié)同作用顯著提升了g-c3n4的激子分離效率，大幅拓展光伏響應(yīng)范圍。

技術(shù)特征：

1.一種提升石墨相氮化碳激子分離的方法，其特征在于，具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種提升石墨相氮化碳激子分離的方法，具體為：通過尿素的熱聚合方法制備石墨相氮化碳g?C3N4；添加4?溴三苯胺制備4?溴三苯胺/g?C3N4混合催化劑；在兩塊ITO之間填充4?溴三苯胺/g?C3N4混合催化劑封裝器件；自然光照、施加直流靜電場(chǎng)提高光伏響應(yīng)范圍。本發(fā)明采用液相混合法，其制備方法簡(jiǎn)單、反應(yīng)溫和、耗能小，對(duì)設(shè)備無特殊要求，適合大規(guī)模生產(chǎn)；同時(shí)用該法制備的g?C3N4復(fù)合材料可直接用作光催化及光伏器件，合成步驟少，操作簡(jiǎn)單，制得物性能優(yōu)良。

技術(shù)研發(fā)人員：楊峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19