【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电极，具体涉及一种石墨相氮化碳薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、石墨相氮化碳薄膜在能量传递过程中，大部分是通过先制备出石墨相氮化碳粉末，然后负载在载体上进行传递，也有部分是采用前驱体法制备薄膜进行能量传递。目前石墨相氮化碳薄膜负载方法主要有有刮刀法、电泳法和气相沉积法等。然而，上述方法存在材料与基体结合不牢固、薄膜不均匀等问题，影响了光生电荷的传递过程，进而影响了材料对太阳能的有效利用。目前有关氮化碳与基体接触问题大多研究为在其他半导体材料(如tio2、fe2o3、biwo4等)上负载石墨相氮化碳材料来增加电荷转移，但是以石墨相氮化碳为主体的光电极研究较少。石墨相氮化碳薄膜光电极的制备方法主要有电泳沉积法、刮刀法、气相沉积法等。虽然这些方法是以纯石墨相氮化碳为研究对象，但是由于此类方法存在着石墨相氮化碳与基体接触不紧密，薄膜过薄等问题限制了石墨相氮化碳光电极的应用。如电泳沉积法是在生成石墨相氮化碳的基础上进行操作的，在300v电压下很容易在基体上负载一层石墨相氮化碳薄膜，具有绿色环保等优点，但是石墨相氮化碳只是简单的吸附在载体表面，这就造成石墨相氮化碳与基体仅存在很弱的吸附，在石墨相氮化碳受到光激发后产生载流子的转运受到影响。在1.23v vs.rhe，1m koh溶液中的光电流密度仅有1.0μa/cm2。2018年，menny shalom课题组采用cm超分子前驱体与乙二醇进行混合研磨制备cm超分子前驱体薄膜，再通过在氮气下煅烧制备石墨相氮化碳薄膜，该方法采用晶种法的方式增加了生成的石墨相氮化碳薄膜与基体的接触
2、另外由于氮化碳结晶度较差，会导致材料光生电子与空穴的复合严重、载流子迁移率低等问题。有关石墨相氮化碳结晶度的研究，目前主要涉及石墨相氮化碳粉末结晶度的研究，如2016年，王心晨团队采用熔盐法合成了结晶度较高的石墨相氮化碳粉末。氮化碳粉末结晶度的提升，极大降低了光生电子的迁移阻力，抑制了光生电子与空穴的复合，因此对石墨相氮化碳结晶度的研究是必然的，然而有关氮化碳薄膜结晶度问题的报道却寥若晨星。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种石墨相氮化碳薄膜以解决现有的石墨相氮化碳与基体接触不良的问题，同时探究了温度对石墨相氮化碳结晶度以及光电性能的影响。
2、本专利技术的第二个目的是提供一种石墨相氮化碳薄膜的制备方法。
3、为了实现以上目的，本专利技术采取的技术方案为：
4、一种石墨相氮化碳薄膜的制备方法，包括以下步骤：
5、步骤1)：cm超分子前驱体的制备：将三聚氰胺、三聚氰酸加入到水中搅拌，即得；
6、步骤2)：cm超分子前驱体薄膜的制备：将步骤1)得到的cm超分子前驱体加入到碘-丙酮溶液中得到电解液，采用电泳法，以fto为阴极和阳极，在阳极沉积得到cm超分子前驱体薄膜；
7、步骤3)：石墨相氮化碳薄膜的制备：将步骤2)得到的cm超分子前驱体薄膜与三聚氰胺，在惰性气体的保护下煅烧，即得。
8、进一步的，步骤1)所述的三聚氰胺与三聚氰酸的摩尔比为1:1；每ml的水中加入的三聚氰胺的质量为0.0168g；步骤2)所述的碘-丙酮溶液中，每ml的丙酮溶液中加入的碘的质量为0.1～0.17g，每ml的碘-丙酮溶液中cm超分子前驱体的加入质量为0.67～1mg。
9、进一步的，步骤3)所述的煅烧温度为500～580℃，煅烧的升温速率为3～5℃/min，煅烧时长为2～6h。
10、进一步的，步骤2)所述的电泳时长为5～30min。
11、进一步的，步骤2)所述的电解液的制备方法为：将cm超分子前驱体加入到碘-丙酮溶液中后，超声后得到分散液，将分散液离心后取上浊液，即得；所述离心的转速为500～1000r/min。
12、进一步的，步骤2)所述的阴极和阳极的间距为2～4cm；所述电泳法的电压为100v的直流电压。
13、进一步的，步骤1)所述的cm超分子前驱体的制备方法为：将三聚氰胺、三聚氰酸加入到水中后搅拌，离心过滤得到沉淀，将沉淀用水和无水乙醇洗涤后，真空干燥即得；真空度为0.06～0.08mpa，所述干燥的温度为60～80℃。
14、进一步的，步骤3)所述的惰性气体为氮气或氩气。
15、一种石墨相氮化碳薄膜，由上述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法制备得到。
16、一种如上述的石墨相氮化碳薄膜在光电催化析氧中应用。
17、本专利技术的有益效果：
18、本专利技术的石墨相氮化碳薄膜及其制备方法采用电泳法加气相保护法制备石墨相氮化碳薄膜，首先将cm超分子前驱体电泳在fto上，使cm超分子前驱体紧密的吸附在fto上，使其在高温煅烧过程中形成的石墨相氮化碳与基体接触更加紧密。
19、本专利技术的石墨相氮化碳薄膜及其制备方法先采用电泳法制备cm超分子前驱体薄膜，然后通过高温煅烧将cm超分子前驱体转换为石墨相氮化碳薄膜。本专利技术通过由电泳法制备的cm超分子前驱体薄膜直接转为石墨相氮化碳薄膜，极大的增加了石墨相氮化碳与基体的接触，同时通过不同温度的煅烧，甄选出具有较优结晶度的石墨相氮化碳薄膜，使其展现出优异的光电性能。
20、本专利技术的石墨相氮化碳薄膜及其制备方法在电泳过程中使用碘-丙酮溶液的优势在于，丙酮的电化学窗口较大，在电泳过程中，不会因丙酮被电解产生气体而影响cm超分子前驱体薄膜的致密性。碘的作用在于增加cm超分子前驱体的导电性，进而在低电压下达到预期厚度的cm超分子前驱体薄膜。
21、本专利技术的石墨相氮化碳薄膜及其制备方法在煅烧过程加入三聚氰胺的优势在于，由于cm超分子前驱体在高温下容易气化，而使其脱离fto表面，导致无法在fto表面形成石墨相氮化碳薄膜，而三聚氰胺在一定温度下会率先气化填充整个密闭空间，进而抑制了cm超分子前驱体的挥发，最终使cm超分子前驱体在原fto表面形成石墨相氮化碳薄膜。
22、本专利技术的石墨相氮化碳薄膜及其制备方法通过采用不同的电泳时间来制备不同厚度的cm超分子前驱体薄膜，通过使用不同的煅烧温度来探索不同煅烧温度对石墨相氮化碳薄膜的结晶度和性能的影响，进而甄选出具有较优异光电性能的石墨相氮化碳薄膜，通过采用不同的煅烧气氛来探究煅烧气氛对石墨相氮化碳薄膜的光电性能影响，最终发现，在电泳时间为20min，煅烧温度为550℃，氮气气氛下制备的石墨相氮化碳薄膜得光电性能最佳，光电流密度为45μa/cm2。
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1.一种石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的三聚氰胺与三聚氰酸的摩尔比为1:1；每mL的水中加入的三聚氰胺的质量为0.0168g；步骤2)所述的碘-丙酮溶液中，每mL的丙酮溶液中加入的碘的质量为0.1～0.17g，每mL的碘-丙酮溶液中CM超分子前驱体的加入质量为0.67～1mg。
3.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的煅烧温度为500～580℃，煅烧的升温速率为3～5℃/min，煅烧时长为2～6h。
4.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的电泳时长为5～30min。
5.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的电解液的制备方法为：将CM超分子前驱体加入到碘-丙酮溶液中后，超声后得到分散液，将分散液离心后取上浊液，即得；所述离心的转速为500～1000r/min。
6.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法
7.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的CM超分子前驱体的制备方法为：将三聚氰胺、三聚氰酸加入到水中后搅拌，离心过滤得到沉淀，将沉淀用水和无水乙醇洗涤后，真空干燥即得；真空度为0.06～0.08MPa，所述干燥的温度为60～80℃。
8.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的惰性气体为氮气或氩气。
9.一种石墨相氮化碳薄膜，其特征在于，由权利要求1～8任意一项所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的石墨相氮化碳薄膜的应用，其特征在于，所述石墨相氮化碳薄膜在光电催化析氧中应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的三聚氰胺与三聚氰酸的摩尔比为1:1；每ml的水中加入的三聚氰胺的质量为0.0168g；步骤2)所述的碘-丙酮溶液中，每ml的丙酮溶液中加入的碘的质量为0.1～0.17g，每ml的碘-丙酮溶液中cm超分子前驱体的加入质量为0.67～1mg。
3.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的煅烧温度为500～580℃，煅烧的升温速率为3～5℃/min，煅烧时长为2～6h。
4.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的电泳时长为5～30min。
5.根据权利要求1所述的石墨相氮化碳薄膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的电解液的制备方法为：将cm超分子前驱体加入到碘-丙酮溶液中后，超声后得到分散液，将分散液...
【专利技术属性】
技术研发人员：禹晓梅，史威，韩超，张彬，李松杰，郑金友，王浩，李敏，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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