石墨相氮化碳及其雜化鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的制備及性能研究.pdf

1、石墨相氮化碳(g-C3N4)具有熱穩(wěn)定性高，生物兼容性好，只有碳氮元素?zé)o毒環(huán)保等優(yōu)異性能，同時具有合適的導(dǎo)帶價帶位置和禁帶寬度(約2.7eV)，是一種很好的可見光催化半導(dǎo)體材料。質(zhì)子化氮化碳(PCN)能夠?qū)⒍鄬觛-C3N4轉(zhuǎn)化成片狀g-C3N4。而鈣鈦礦太陽能電池具有工藝簡單、成本低、效率高等優(yōu)點，短短幾年得到了迅速發(fā)展。本課題將rGO與g-C3N4催化劑雜化，以及制備PCN/MAPbI3和PCN/MAPbI3-xClx的異質(zhì)結(jié)，通過對

2、g-C3N4的改性提高它的光催化降解有機污染物性能，通過質(zhì)子化氮化碳(PCN)對CH3NH3PbI3(MAPbI3)和CH3NH3PbI3-xClx(MAPbI3-xClx)進行改性提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性和光電性能。主要包括:
　　(1)以石墨作為前驅(qū)體通過Hummers方法制備氧化石墨烯(GO)，采用一步水熱法在高溫高壓條件下制備還原性石墨烯(rGO)，通過熱聚合法用三聚氰胺制備體相g-C3N4，再將不同比例的rGO與g-C3N4水

3、溶液超聲混合，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜水熱反應(yīng)，形成相互協(xié)同摻雜的復(fù)合催化劑，研究發(fā)現(xiàn)rGO/g-C3N4樣品的光催化降解甲基橙的效率比純的g-C3N4高出2.0倍，光電轉(zhuǎn)化效率高出1.4倍。熒光強度的減弱，表明rGO與g-C3N4能夠形成良好的雜化催化劑，雜化催化劑的成功復(fù)合加快了光生載流子的遷移速率，提高g-C3N4的光催化活性。
　　(2)對g-C3N4進行二次高溫煅燒獲得質(zhì)輕易漂浮的片狀氮化碳，然后采用超聲剝離和鹽酸質(zhì)子化

4、的協(xié)同效應(yīng)，得到溶解于濃鹽酸中的質(zhì)子化氮化碳(PCN)，采用一步溶液法制備PCN/MAPbI3鈣鈦礦光吸收層，一步溶液法具有方法簡單，前驅(qū)體轉(zhuǎn)化率高，適宜制備混合型鈣鈦礦膜，PCN/MAPbI3經(jīng)過一步溶液法形成納米異質(zhì)結(jié)。前驅(qū)體的轉(zhuǎn)化效率得到了有效提高，研究發(fā)現(xiàn)PCN/MAPbI3改性鈣鈦礦相對于純的MAPbI3表現(xiàn)出更好的光電性能，光電轉(zhuǎn)化效率達到3.1％，比純的MAPbI3的轉(zhuǎn)化效率2.0％更高，通過改變PCN相對于PbI2的質(zhì)量

5、分數(shù)，紫外吸收光譜強度和鈣鈦礦膜的穩(wěn)定性都得到進一步提高。
　　(3)在PCN/MAPbI3鈣鈦礦膜的研究基礎(chǔ)上進一步引入PbCl2通過一步溶劑法制備出PCN/MAPbI3-xClx混合型鈣鈦礦，傳統(tǒng)的一步法制備的鈣鈦礦膜旋涂后成膜質(zhì)量差，通過使用氯代苯和無水乙醚混合溶劑作為反溶劑提高鈣鈦礦成膜質(zhì)量，并檢測其光電性能和鈣鈦礦膜的致密性。同時研究了加入不同比例PbCl2（相對于PbI2的摩爾百分比）制備的鈣鈦礦膜對可見光吸收能力的影

6、響。
　　研究結(jié)果表明，加入12％的PbCl2制備的PCN/MAPbI3-xClx鈣鈦礦膜紫外吸收強度更強，獲得更加平整致密的、顆粒尺寸大的鈣鈦礦膜，光電轉(zhuǎn)化效率達到4.8％，相比MAPbI3(2.0％)、PCN/MAPbI3(3.1％)和MAPbI3-xClx(2.6％)的光電轉(zhuǎn)化效率明顯提高。XR分析表明，PbCl2的加入能夠促進PbI2的轉(zhuǎn)化，提高鈣鈦礦膜的致密性和結(jié)晶質(zhì)量，有利于提高光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，從而提高光吸收率