[发明专利]一种大面积石墨相氮化碳薄膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜制备方法，涉及碳材料技术领域。包括以下步骤：将三嗪类含氮杂环有机化合物粉末和衬底分别置于双温区加热容器中，将所述三嗪类含氮杂环有机化合物粉末置于所述源区，将所述衬底置于所述生长区；向所述双温区加热容器内通入惰性气体，所述惰性气体是从所述源区流向所述生长区；并控制所述源区温度为250～300℃和所述生长区温度为500～600℃，保温时长为5～120min，即得所述石墨相氮化碳薄膜。本发明采用热气相传输辅助缩聚沉积方法，制备出4英寸大面积均匀石墨相氮化碳薄膜，得到的石墨相氮化碳厚度可以轻松通过生长时间精确控制。

技术领域

本发明属于碳材料技术领域，具体涉及一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜、制备方法及应用。

背景技术

自从2008年王心晨发现石墨相氮化碳具有光催化水解能力以来，这种材料吸引了科研工作者浓厚的研究兴趣。由于石墨相氮化碳本身优良的性质，包括合成方法简单，迷人的电子能带结构，优秀的物理化学稳定性，构成元素地球储量丰富，容易修饰等等，大量的研究工作用来探究石墨相氮化碳在不同领域的应用，一方面石墨相氮化碳在光催化领域有着迷人的前景，另一方面随着大家对石墨相氮化碳的深入了解，除了作为一种高效稳定的光催化剂，石墨相氮化碳的其他优良性质逐渐被发现，然而石墨相氮化碳在其他领域的研究并没有取得很大的进展，其中最重要的一个原因是目前常见石墨相氮化碳的制备方法只能得到粉末状的石墨相氮化碳，结晶质量很差，不能满足各种器件制备的要求，包括结晶，均匀性，导电性，缺陷等等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述方法所存在的缺点与不足，提供一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜及其制备方法，采用热气相传输辅助缩聚沉积方法，制备出4英寸大面积均匀石墨相氮化碳薄膜，得到的石墨相氮化碳厚度可以轻松通过生长时间精确控制，从十几纳米到几微米，图案化生长也可以通过设计掩膜版来实现，薄膜可以沉积在不同的耐高温衬底(石英玻璃，FTO玻璃，以及硅片)上面，同时得到的石墨相氮化碳由于自身独特的性质，可以轻松通过水溶液实现和耐高温衬底的脱离，得到完整的自支撑大面积石墨相氮化碳薄膜。

本发明第一个目的提供一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜制备方法，包括以下步骤：

将三嗪类含氮杂环有机化合物粉末和耐高温衬底置于双温区加热容器中，所述双温区加热容器内设有包括源区和生长区的两个温控区域；将所述三嗪类含氮杂环有机化合物粉末置于所述源区，将所述耐高温衬底置于所述生长区，且所述三嗪类含氮杂环有机化合物粉末与所述耐高温衬底位于同一工作面；

向所述双温区加热容器内通入惰性气体，所述惰性气体是从所述源区流向所述生长区；并控制所述源区温度为250～300℃和所述生长区温度为500～600℃，保温时长为5～120min，即在耐高温衬底上制得所述石墨相氮化碳薄膜。

优选的，所述三嗪类含氮杂环有机化合物为三聚氰胺。

优选的，所述惰性气体的流速150～250sccm。

优选的，所述石墨相氮化碳薄膜厚度为14～1000nm。

优选的，所述源区温度的升温速率为8～12℃/min，所述生长区温度的升温速率为18～22℃/min

优选的，所述三嗪类含氮杂环有机化合物粉末置于耐高温器皿后，再放置于所述源区；所述耐高温器皿为坩埚。

优选的，所述耐高温衬底为石英玻璃、FTO玻璃或硅片，所述预处理耐高温衬底是分别用丙酮、酒精、去离子水对所述耐高温衬底表面进行清洗并吹干。

优选的，所述双温区加热容器为双温区管式炉。

本发明第二个目的提供一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜。

本发明第三个目的提供一种厚度可调的大面积石墨相氮化碳薄膜在光电器件中的应用。