本發(fā)明屬于光電材料技術，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：

1、由于frenkel激子之間的強庫倫相互作用，大塊石墨相氮化碳(g-c3n4)表現出較高的激子結合能，這導致了激子的解離緩慢以及嚴重的電荷復合。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，電荷的傳輸也會受到阻礙。此外，g-c3n4表面反應活性位點不足也可能導致反應動力學緩慢。為應對這些挑戰(zhàn)，已經采用了各種策略來提高大塊g-c3n4的光催化性能。

2、g-c3n4表現出較高的激子結合能高達328mev，遠大于室溫能量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，嚴重制約了g-c3n4的光電應用。因此，如何促進g-c3n4的激子分離是提升其光電性能的關鍵。

3、提升g-c3n4光電響應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)改變材料的電子結構，從而擴展其光響應范圍。

5、異質結構構建：與其他光電材料(如tio2、zno、graphene等)結合，形成異質結，可以提高g-c3n4的光吸收范圍。

6、光譜調節(jié)：通過調整g-c3n4的合成條件(如反應溫度和前驅體)來優(yōu)化其光譜響應范圍。

7、改性：使用表面改性技術引入功能性基團或缺陷，改善其光吸收特性。

8、量子點修飾：將量子點嵌入g-c3n4中，增加其對不同波長光的響應能力。

9、這些方法大都是靠加入第二種具有可見光響應的物質來實現。通過促進激子分離實現g-c3n4光電響應范圍提升的方式較少。

技術實現思路

1、針對上述問題，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克尿素放入一個帶蓋的氧化鋁坩堝中，然后將其置于馬弗爐內，在550℃下焙燒3小時，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份質量的無水乙醇中，室溫攪拌3h，轉速為300轉/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，導電面相對，形成ito/4-溴三苯胺/g-c3n4/ito三明治結構，面積1-10cm2，厚度0.5-2微米，周圍用環(huán)氧樹脂密封，上下ito各連接導線。

9、步驟4：提升效能。

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

11、本發(fā)明與現有技術相比的有益效果是：

12、本發(fā)明采用液相混合法，其制備方法簡單、反應溫和、耗能小，對設備無特殊要求，適合大規(guī)模生產。同時用該法制備的g-c3n4復合材料可直接用作光催化及光伏器件，合成步驟少，操作簡單，制得物性能優(yōu)良。實驗證明，得益于4-溴三苯胺與g-c3n4之間的強耦合作用，擴展了π電子離域，兩者正協同作用顯著提升了g-c3n4的激子分離效率，大幅拓展光伏響應范圍。

技術特征：

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：

技術總結
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、施加直流靜電場提高光伏響應范圍。本發(fā)明采用液相混合法，其制備方法簡單、反應溫和、耗能小，對設備無特殊要求，適合大規(guī)模生產；同時用該法制備的g?C3N4復合材料可直接用作光催化及光伏器件，合成步驟少，操作簡單，制得物性能優(yōu)良。

技術研發(fā)人員：楊峰
受保護的技術使用者：西南交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19