Small Methods: 多环芳烃修饰氮化碳——溶液法制备氮化碳薄膜光电器件取得新进展

氮化碳是一种仅由C及N两种元素通过sp2杂化形成的二维层状半导体,该材料具有稳定性高、绿色环保、廉价易得、不含金属元素及可见光响应等优点,在光(电)催化分解水制氢、二氧化碳还原制液体燃料、固氮合成氨、有机污染物降解及光电传感等领域有着广泛的应用前景,已成为当前能源与材料研究领域的热点材料之一。目前,大量关于氮化碳粉体制备及应用的研究已被陆续报道,但关于氮化碳薄膜制备及应用的研究却鲜有报道,这主要是由于可控制备氮化碳薄膜十分困难所致。采用原位生长法制备氮化碳薄膜存在条件苛刻(需550摄氏度以上高温)、过程复杂及成本高等问题。而采用溶液法制备氮化碳薄膜虽具有简单及廉价等优势,但却存在因氮化碳分散性极差而难以成膜等问题。因此,提高氮化碳在常用有机溶剂中的分散性能是溶液法制备氮化碳薄膜亟待解决的难题之一。

近日,以色列内盖夫本-古里安大学化学系及Ilse Katz纳米科学与技术研究所Menny Shalom副教授研究团队在Small Methods在线发表了题为“Solution-Processable Carbon Nitride Polymers for Photoelectrochemical Applications”的文章。本工作中,他们报道了一种制备多环芳烃修饰氮化碳(PAH-CNs)的新方法,可有效解决氮化碳分散性能差的问题。其制备方法简单易操作,主要包含以下两步:(1)合成苯、萘、蒽、芘取代的三嗪单体(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摄氏度及氮气氛下进行热缩聚反应,形成PAH-CNs。该方法制备获得的PAH-CNs在四氢呋喃、二甲亚砜及乙醇等常用有机溶剂中均具有优异的分散性能,因而可利用常规镀膜方法(如滴涂法及旋涂法等)在各种基底表面可控制备氮化碳薄膜。而且,该制备方法还可有效调控氮化碳材料的光电化学性质,从而大幅度提高其光电半导体器件性能。在本工作中,研究人员进一步研究了PAH-CNs薄膜材料在光电催化、电聚合及光开关等方面的应用,都获得了良好的初步结果,充分展示了氮化碳薄膜材料在新型光电子器件领域具有广泛的应用前景。此项研究提供了一种制备与调控氮化碳薄膜材料的新方法,为制备高效氮化碳薄膜光电子器件提供了一种可能的思路。

相关论文以“Solution-Processable Carbon Nitride Polymers for Photoelectrochemical Applications”为题在线发表在Small Methods上(DOI: 10.1002/smtd.201900401)。