一种羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚合物氮化碳薄膜电极的改性方法，将双氰胺与三聚氰酸混合并研磨均匀作为前驱体，然后将其均匀平铺于耐热载体底部；将FTO导电层向上直接平放在前驱体之上并用锡纸等材料包裹，然后将耐热载体放在加热装置中；在气氛保护下，将加热装置升温至550

【技术实现步骤摘要】
一种羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及薄膜改性技术和光电化学领域，具体涉及一种聚合物氮化碳薄膜电极的改性方法。

技术介绍

[0002]光电化学水分解技术是解决世界能源问题的有效途径之一，而作为光阳极的半导体材料中，聚合物氮化碳（CN）由于带隙适中（2.7eV），且导带和价带位置合适且易于调控、物理化学稳定性质稳定，因此聚合物氮化碳薄膜电极作为光电极受到了国内外研究者的广泛关注。但目前制备出的聚合物氮化碳薄膜电极存在导电性差，电荷复合严重等问题，使得其光电性能较差，从而影响着CN在光电化学领域的应用。在聚合物氮化碳薄膜电极表面引入官能团可调控其表面电子结构从而改善CN光电化学性能（Sustainable Energy Fuels, 2020, 4, 485
‑
503）。例如，研究表明羧基的引入可调控催化剂表面的亲和力，吸电子的羧基也可有效降低了导带的位置，提高了电子和空穴的分离效率。目前一般采用后处理方法制备羧基改性的聚合物氮化碳且为粉体.1. 聚合物氮化碳粉体在硝酸水溶液处理然后热处理；2.一定温度下在硝酸水溶液中回流。（Chemical Engineering Journal, 2021, 414: 128810；Applied Catalysis B: Environmental，2020，266, 118590；InfoMat. 2022; 4( 1):e12273）但由于水溶液和高温环境下对聚合物氮化碳与基底的结合性会产生致命性影响，常使得薄膜脱落。因此，本专利技术首先通过气相沉积技术制备聚合物氮化碳薄膜，然后在盐酸胍的醇溶液中进行溶剂热后处理获得羧基改性的聚合物氮化碳薄膜。改性后的薄膜光生电子
‑
空穴复合率降低，注入效率提高从而改善了其光电化学性能，改性后薄膜的光电化学性能远高于未处理的聚合物氮化碳。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术目的在于提供一种工艺简单的对聚合物氮化碳薄膜电极进行改性的方法，通过盐酸胍溶剂化处理，使聚合物氮化碳产生羟基集团，降低了光生电子
‑
空穴复合效率，增强电极的光电性能，扩大聚合物氮化碳薄膜电极的光电领域的应用。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，具体包括以下步骤：（1）将双氰胺与三聚氰酸混合并研磨均匀后作为前驱体利用气相沉积的方法制备得出聚合物氮化碳薄膜电极；（2）将制备所得的聚合物氮化碳薄膜电极放入含有一定量盐酸胍溶液的反应釜内衬中；（3）将加热装置升温至一定温度反应一定时间，即制得改性后的聚合物氮化碳薄膜电极。
[0005]所述步骤（1）中气相沉积过程中的耐热载体为瓷舟、刚玉舟或石英舟。
[0006]所述的耐热载体采用密封处理。
[0007]所述步骤（1）中气相沉积方法中热处理气氛包括N2、Ar。
[0008]所述步骤（1）中气相沉积方法中以升温速率为2~8℃/min升温至500
‑
600℃。
[0009]所述的双氰胺与三聚氰酸的质量比为2:0.6~1.2。
[0010]步骤（2）中所述的盐酸胍溶液的浓度在0.5~5mol/L之间。
[0011]所述的溶液的溶剂为乙醇、甲醇。
[0012]所述的反应温度为140℃
‑
200℃，反应时间为1
‑
24小时。
[0013]所述的聚合物氮化碳薄膜电极为羧基改性后的聚合物氮化碳薄膜电极。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术以盐酸胍为溶剂，醇为溶液对聚合物氮化碳薄膜进行溶剂热后处理，使得聚合物氮化碳薄膜得到羧基，提高了注入效率，降低光生电子
‑
空穴复合率，改善了光电化学性能。本专利技术能对制备出的薄膜进行改性处理等，其改性后的光电化学性能远高于之前未处理的聚合物氮化碳。本专利技术提供了一种对原位沉积聚合物氮化碳薄膜电极的改性方法，工艺简单，成本低廉。
附图说明
[0015]图1所示为实施例1 、实施例2550℃下在FTO表面制得聚合物氮化碳薄膜电极射线衍射谱与盐酸胍改性后的对比。
[0016]图2所示为实施例1、实施例2550℃下的FTO表面制得聚合物氮化碳薄膜电极描图与盐酸胍改性之后的扫描电子显微镜图。
[0017]图3所示为实施例1、实施例2550℃下的FTO表面制得聚合物氮化碳薄膜电极盐酸胍改性之后的光电流性能图。
[0018]图4 所示为实施例1、实施例2550℃下的FTO表面制得聚合物氮化碳薄膜(CN)与改性后（CN
‑
GH）的X射线光电子能谱（O1s）。
[0019]图5所示为实施例1、实施例2550℃下的FTO表面制得聚合物氮化碳薄膜(CN)与改性后（CN
‑
GH）的荧光发射光谱。
[0020]图6所示为本专利技术的制备工艺图。
具体实施方式
[0021]本专利技术一种聚合物氮化碳薄膜电极的制备与改性方法，包括以下步骤：第一步：将聚合物氮化碳前驱体混合并研磨均匀，然后将其均匀平铺于耐热载体底部；第二步：将基底直接平放在前驱体之上并用锡纸等材料包裹，然后将耐热载体放在加热装置中；第三步：将加热装置升温至550℃并保持2小时后冷却至室温，即可得聚合物氮化碳薄膜电极；第四步：将不同量的盐酸胍溶解在乙醇中，并将制备出的聚合物氮化碳薄膜电极与溶液一同放入聚四氟乙烯为内胆的反应釜中；第五步：将反应釜放置于水热箱中升温至180℃并保持8小时后冷却至室温，即可获得改性之后的聚合物氮化碳薄膜电极。
[0022]所述制备得到的薄膜为聚合物氮化碳。
[0023]所述基底材料为氟掺杂的氧化锡（FTO）等。
[0024]所述加热装置为管式炉、水热箱等。
[0025]本专利技术的制备工艺示意图如图6所示，除特别申明外，所用原料均为分析纯。
[0026]实施例1在室温下称取2.66g二氰胺，1.33g三聚氰酸并将两者混合，将其混合置于研钵中研磨、混合均匀作为氮化碳前驱体；然后将前驱体均匀平铺于陶瓷坩埚底部并将FTO基底置于其上；之后用锡纸将含有前驱体的陶瓷坩埚包裹并放置于管式炉中；最后，在氮气氛围下以5℃/min的升温速率加热前驱体至550℃并保持2小时，反应结束后自然冷却至室温，FTO基底上即生成聚合物氮化碳薄膜电极。
[0027]实施例2在室温下称取2.66g二氰胺，1.33g三聚氰酸并将两者混合，将其混合置于研钵中研磨、混合均匀作为氮化碳前驱体；然后将前驱体均匀平铺于陶瓷坩埚底部并将FTO基底置于其上；之后用锡纸将含有前驱体的陶瓷坩埚包裹并放置于管式炉中；而后，在氮气氛围下以5℃/min的升温速率加热前驱体至550℃并保持2小时，反应结束后自然冷却至室温，FTO基底上即生成聚合物氮化碳薄膜，将制备的薄膜放置于聚四氟乙烯为内胆的反应釜中，其中内胆中为溶解了0.65g盐酸胍的乙醇溶液；最后将加热装置升温至180℃并保持8h。反应结束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）将双氰胺与三聚氰酸混合并研磨均匀后作为前驱体利用气相沉积的方法制备得出聚合物氮化碳薄膜电极；（2）将制备所得的聚合物氮化碳薄膜电极放入含有一定量盐酸胍溶液的反应釜内衬中；（3）将加热装置升温至一定温度反应一定时间，即制得改性后的聚合物氮化碳薄膜电极。2.根据权利要求1所述的羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中气相沉积过程中的耐热载体为瓷舟、刚玉舟或石英舟。3.根据权利要求2所述的羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法，其特征在于：所述的耐热载体采用密封处理。4.根据权利要求1所述的羧基改性聚合物氮化碳薄膜电极的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中气相沉积方法中热处理气氛包括N2、Ar。5.根据权利要求1所述的羧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓伟，陈德国，张顺，孙盼盼，孙小华，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：