Small Methods: 多環芳烴修飾氮化碳——溶液法製備氮化碳薄膜光電...

2021-01-18 騰訊網

氮化碳是一種僅由C及N兩種元素通過sp2雜化形成的二維層狀半導體，該材料具有穩定性高、綠色環保、廉價易得、不含金屬元素及可見光響應等優點，在光（電）催化分解水制氫、二氧化碳還原制液體燃料、固氮合成氨、有機汙染物降解及光電傳感等領域有著廣泛的應用前景，已成為當前能源與材料研究領域的熱點材料之一。目前，大量關於氮化碳粉體製備及應用的研究已被陸續報導，但關於氮化碳薄膜製備及應用的研究卻鮮有報導，這主要是由於可控制備氮化碳薄膜十分困難所致。採用原位生長法製備氮化碳薄膜存在條件苛刻（需550攝氏度以上高溫）、過程複雜及成本高等問題。而採用溶液法製備氮化碳薄膜雖具有簡單及廉價等優勢，但卻存在因氮化碳分散性極差而難以成膜等問題。因此，提高氮化碳在常用有機溶劑中的分散性能是溶液法製備氮化碳薄膜亟待解決的難題之一。

近日，以色列內蓋夫本-古裡安大學化學系及Ilse Katz納米科學與技術研究所Menny Shalom副教授研究團隊在Small Methods在線發表了題為「Solution-Processable Carbon Nitride Polymers for Photoelectrochemical Applications」的文章。本工作中，他們報導了一種製備多環芳烴修飾氮化碳（PAH-CNs）的新方法，可有效解決氮化碳分散性能差的問題。其製備方法簡單易操作，主要包含以下兩步：（1）合成苯、萘、蒽、芘取代的三嗪單體（即：2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-(1-萘基)-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-(9-蒽基)-1,3,5-三嗪、2,4-二氨基-6-(1-芘基)-1,3,5-三嗪）；（2）在350攝氏度及氮氣氛下進行熱縮聚反應，形成PAH-CNs。該方法製備獲得的PAH-CNs在四氫呋喃、二甲亞碸及乙醇等常用有機溶劑中均具有優異的分散性能，因而可利用常規鍍膜方法（如滴塗法及旋塗法等）在各種基底表面可控制備氮化碳薄膜。而且，該製備方法還可有效調控氮化碳材料的光電化學性質，從而大幅度提高其光電半導體器件性能。在本工作中，研究人員進一步研究了PAH-CNs薄膜材料在光電催化、電聚合及光開關等方面的應用，都獲得了良好的初步結果，充分展示了氮化碳薄膜材料在新型光電子器件領域具有廣泛的應用前景。此項研究提供了一種製備與調控氮化碳薄膜材料的新方法，為製備高效氮化碳薄膜光電子器件提供了一種可能的思路。

相關論文以「Solution-Processable Carbon Nitride Polymers for Photoelectrochemical Applications」為題在線發表在Small Methods上（DOI: 10.1002/smtd.201900401）。

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