一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜、制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜、制備方法及應(yīng)用，屬于納米材料科學(xué)領(lǐng)域。該復(fù)合型薄膜是以透明導(dǎo)電氧化物薄膜作為電子抽取層，以檸檬酸為碳源，尿素為氮源，經(jīng)微波法合成的氮摻雜碳納米點作為光敏層，與具有納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦電子分離層復(fù)合制備形成復(fù)合型薄膜。本發(fā)明的復(fù)合薄膜能借助空氣中的氧分子，可實現(xiàn)從碳納米點到二氧化鈦高效的光誘導(dǎo)的電荷分離，可被應(yīng)用于空氣凈化及制備高性能的碳基太陽能電池，并且該復(fù)合薄膜在水中也表現(xiàn)出很好的光降解染料的特性，可用于水污染治理。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移 的復(fù)合型薄膜、制備方法及應(yīng)用。 -種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜、制 備方法及應(yīng)用

【背景技術(shù)】
[0002] 全球日益凸顯的能源及環(huán)境問題，使得人們將目光迅速地集中到光伏及光催化領(lǐng) 域。由于半導(dǎo)體二氧化鈦具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、低成本、無污染等諸多優(yōu)良的特性，使得 它作為最初的光敏材料在太陽能電池及光催化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但因為二氧化鈦較寬 的帶隙（3. 2eV)限制了其對太陽光的吸收，所以基于二氧化鈦的太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效 率極低、光催化性能不高。鑒于此，科研人員們極力的想要拓寬二氧化鈦的吸收光譜。將具 有窄帶隙的有機染料分子和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點敏化到二氧化鈦納米晶表面，作為一種有 效的方法，大大的改善了二氧化鈦對于可見光區(qū)域的光響應(yīng)，很大程度上提高了光伏器件 的效率及二氧化鈦的光催化性能。但是，有機染料分子較差的光化學(xué)穩(wěn)定性以及傳統(tǒng)半導(dǎo) 體量子點多含鎘、鉛等重金屬的缺點，使得基于此類光敏材料的光電器件很難實現(xiàn)大范圍 的實際應(yīng)用。
[0003] 碳材料，諸如富勒烯、石墨烯、碳納米管以及碳納米點被認(rèn)為有望替代有機染料、 傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點在生物成像與傳感、光催化、電致發(fā)光二極管以及光伏器件等領(lǐng)域中的 應(yīng)用。尤其作為一種新型的碳材料，碳納米點因具有良好的水溶性、穩(wěn)定性、低毒性、耐光 漂白以及很好的生物相容性，正引起人們極大的關(guān)注。電子轉(zhuǎn)移是產(chǎn)生光電流（在太陽 能電池中）和改善光催化性能最主要的物理過程。并且從碳納米點到二氧化鈦的光誘導(dǎo) 的電子轉(zhuǎn)移被證明是可行的，而且基于碳納米點與二氧化鈦的復(fù)合物也已在光伏和光催 化領(lǐng)域得到應(yīng)用。但是，在可見光區(qū)還沒有實現(xiàn)從碳納米點到二氧化鈦有效的電子轉(zhuǎn)移。 目前，以碳納米點為敏化劑的太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率僅為0.13% (Solution phase synthesis of carbon quantum dots as sensitizers for nanocrystalline Ti02solar cells, Peter Mirtchev,Eric J. Henderson, Navid Soheilnia，Christopher M. Yip and Geoffrey A. Ozin，J. Mater. Chem.，2012, 22, 1265)。主要是因為其所使用的碳納米點在可 見區(qū)沒有本征吸收。其在可見區(qū)的拖尾吸收為缺陷吸收，而缺陷態(tài)屬于不穩(wěn)定的能量耗散 體，不利于實現(xiàn)有效的光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移。另外，目前已報道的碳納米點表面多包覆絕緣的 有機長鏈分子，阻礙光生電子從碳納米點向二氧化鈦納米粒子的轉(zhuǎn)移。
[0004] 想要得到基于碳納米點的高效的光伏器件以及優(yōu)異的光催化性能，首先要實現(xiàn)在 可見光區(qū)從碳納米點到二氧化鈦納米粒子高效而又快速的電子轉(zhuǎn)移。但目前還沒有在可見 光區(qū)能實現(xiàn)從碳納米點到二氧化鈦高效電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合物薄膜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的復(fù)合物薄膜不能實現(xiàn)在可見區(qū)從碳納米點到二 氧化鈦有效的電子轉(zhuǎn)移的問題，而提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄 膜、制備方法及應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明首先提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，該復(fù)合型 薄膜包括基底、設(shè)置在基底上的電子抽取層、設(shè)置在電子抽取層上的介孔電子分離層和設(shè) 置在介孔電子分離層上的光敏層；所述的電子抽取層為透明導(dǎo)電氧化物薄膜，介孔電子分 離層為納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦層，光敏層材料為氮摻雜碳納米點。
[0007] 優(yōu)選的是，所述的透明導(dǎo)電氧化物薄膜為透明的FT0導(dǎo)電薄膜或透明的ΙΤ0導(dǎo)電 薄膜。
[0008] 優(yōu)選的是，所述的氮摻雜碳納米點的制備方法，包括：
[0009] 步驟一：將檸檬酸和尿素混合溶解在去離子水中，得到透明溶液；
[0010] 步驟二：將步驟一得到的混合溶液微波加熱反應(yīng)，獲得粘稠狀液體；
[0011] 步驟三：將步驟二得到的粘稠狀液體烘干、溶解、離心，得到氮摻雜碳納米點。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的檸檬酸和尿素的質(zhì)量比為1 :2。
[0013] 本發(fā)明還提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制備方法， 包括：
[0014] 步驟一：在基底上設(shè)置電子抽取層；
[0015] 步驟二：將二氧化鈦漿料旋涂在電子抽取層上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧化鈦薄 膜焙燒，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜；
[0016] 步驟三：將步驟二得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在氮摻雜碳納米點水 溶液中，得到在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
[0017] 優(yōu)選的是，所述的步驟二的旋涂速度為2000?3000轉(zhuǎn)每分鐘，旋涂時間30?70 秒。
[0018] 優(yōu)選的是，所述的步驟二的焙燒溫度為500?600攝氏度，焙燒時間為45?70分 鐘。
[0019] 優(yōu)選的是，所述的氮摻雜碳納米點水溶液中氮摻雜碳納米點的濃度為5?10毫克 每暈升。
[0020] 本發(fā)明還提供上述在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜在光催化領(lǐng) 域上的應(yīng)用。
[0021] 本發(fā)明還提供上述在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜在光伏領(lǐng)域 上的應(yīng)用。
[0022] 本發(fā)明的有益效果
[0023] 本發(fā)明首先提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，該復(fù)合型 薄膜是以透明導(dǎo)電氧化物薄膜作為電子抽取層，以檸檬酸為碳源，尿素為氮源，經(jīng)微波法合 成的氮摻雜碳納米點作為光敏層，與具有納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦電子分離層復(fù)合制備形 成復(fù)合型薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相對比，本發(fā)明的光敏層材料由于采用在可見光區(qū)具有本征吸 收的氮摻雜的碳納米點，所采用的氮摻雜碳納米點表面無絕緣的長烷基鏈包覆，其碳內(nèi)核 能夠直接的連接到二氧化鈦納米粒子表面，很好的與二氧化鈦納米粒子復(fù)合，在可見光激 發(fā)形成電子空穴對之后，實現(xiàn)光生電子與空穴在空間上的分離，能有效的實現(xiàn)電子從碳納 米點到二氧化鈦的轉(zhuǎn)移。
[0024] 本發(fā)明還提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制備方法， 該方法先在基底上設(shè)置電子抽取層；然后將二氧化鈦漿料旋涂在電子抽取層上，得到二氧 化鈦薄膜，將二氧化鈦薄膜焙燒，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜；最后將步納米介孔結(jié) 構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在氮摻雜碳納米點水溶液中，得到在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn) 移的復(fù)合型薄膜。該制備方法簡單、易于實現(xiàn)，得到的復(fù)合型薄膜有效快速的實現(xiàn)電子從碳 納米點到二氧化鈦的轉(zhuǎn)移。
[0025] 本發(fā)明還提供上述復(fù)合型薄膜在在光催化領(lǐng)域和光伏領(lǐng)域上的應(yīng)用，由于所制備 得到的復(fù)合型薄膜在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，能借助空氣中的氧分子實現(xiàn)有 效的電荷轉(zhuǎn)移，可被應(yīng)用于空氣凈化以及制備高性能的碳基太陽能電池，并且該復(fù)合物薄 膜在水中也表現(xiàn)出良好的光降解染料的特性，可被應(yīng)用于水污染治理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明中所使用氮摻雜碳納米點（標(biāo)號1曲線）與商業(yè)化的CdSeOZnS量 子點（標(biāo)號2曲線）的質(zhì)量吸收系數(shù)光譜圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例4制備得到的二氧化鈦@碳納米點復(fù)合型薄膜（浸泡6小時 樣品）在低倍率（a)和高倍率（b)下的透射電鏡圖片。
[0028] 圖3為本發(fā)明實施例4制備得到的不同氮摻雜碳納米點吸附度的二氧化鈦@碳納 米點復(fù)合薄膜的吸收譜圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明實施例4制備得到的在可見區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型 薄膜（浸泡6小時樣品）置于空氣中（標(biāo)號2曲線）和所用碳納米點吸附到濾紙上（參 比）（標(biāo)號1曲線）的熒光壽命譜圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明實施例4制備得到的可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的二氧化鈦@碳納 米點復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖6為本發(fā)明實施例4制備得到的不同碳納米點吸附度的二氧化鈦@碳納米點復(fù) 合薄膜在水中光降解染料效果圖。

【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明首先提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，該復(fù)合型 薄膜包括基底、設(shè)置在基底上的電子抽取層、設(shè)置在電子抽取層上的介孔電子分離層和設(shè) 置在介孔電子分離層上的光敏層；所述的電子抽取層為透明導(dǎo)電氧化物薄膜，介孔電子分 離層為納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦層，光敏層材料為氮摻雜碳納米點。
[0033] 本發(fā)明對所述的基底沒有特殊限制，優(yōu)選為玻璃基底，所述的透明導(dǎo)電氧化物薄 膜優(yōu)選為透明的FT0(Sn0 2)導(dǎo)電薄膜或透明的ΙΤ0導(dǎo)電薄膜；所述的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧 化鈦層的制備為本領(lǐng)域常用的技術(shù)方法，沒有特殊限制，所述的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦 層的厚度優(yōu)選為4-6微米。
[0034] 所述的氮摻雜碳納米點的制備方法，優(yōu)選包括：
[0035] 步驟一：將檸檬酸和尿素混合溶解在去離子水中，得到透明溶液；
[0036] 步驟二：將步驟一得到的混合溶液微波加熱反應(yīng)，獲得棕黑色粘稠狀液體；
[0037] 步驟三：將步驟二得到的棕黑色粘稠狀液體烘干、溶解、離心，得到氮摻雜碳納米 點。
[0038] 本發(fā)明所述的檸檬酸和尿素的質(zhì)量比優(yōu)選為1 :2,步驟二的微波加熱功率優(yōu)選為 500?900W，加熱時間優(yōu)選為5?10分鐘；步驟三所述的先將棕黑色粘稠狀液體烘干，然后 溶解在去離子水中，離心，目的是去掉較大不溶的碳納米點聚集體，得到氮摻雜碳納米點。 所述的離心速度優(yōu)選為8000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0039] 本發(fā)明還提供一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制備方法， 包括：
[0040] 步驟一：在基底上設(shè)置電子抽取層；
[0041] 步驟二：將二氧化鈦漿料旋涂在電子抽取層上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧化鈦薄 膜焙燒，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜；
[0042] 步驟三：將步驟二得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在氮摻雜碳納米點水 溶液中，得到在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
[0043] 按照本發(fā)明，步驟二的旋涂速度優(yōu)選為2000?3000轉(zhuǎn)每分鐘，更優(yōu)選為2500轉(zhuǎn) 每分鐘，旋涂時間優(yōu)選30?70秒，更優(yōu)選為60秒；所述的焙燒優(yōu)選在馬弗爐內(nèi)進行，所述 的焙燒溫度優(yōu)選為500?600攝氏度，更優(yōu)選為550攝氏度，焙燒時間優(yōu)選為45?70分鐘， 更優(yōu)選為60分鐘。
[0044] 按照本發(fā)明，所述的步驟三中，將得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在氮 摻雜碳納米點水溶液中浸泡，所述的浸泡時間優(yōu)選為2?24h，氮摻雜碳納米點水溶液中氮 摻雜碳納米點的濃度為5?10毫克每毫升，然后用去離子水反復(fù)沖洗該薄膜，以去掉未吸 附到二氧化鈦上的碳納米點，經(jīng)自然干燥，得到在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的 復(fù)合型薄膜。
[0045] 本發(fā)明還提供了上述一種在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜 在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，該復(fù)合物薄膜能夠借助空氣中的氧分子實現(xiàn)有效的電荷轉(zhuǎn)移，為其 在空氣凈化中潛在應(yīng)用提供了可能，該復(fù)合物薄膜在水中也表現(xiàn)出良好的光降解染料的特 性，可被應(yīng)用于水污染治理。
[0046] 本發(fā)明還提供了上述一種在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜 在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用，由于本發(fā)明的氮摻雜碳納米點和二氧化鈦間可以進行有效快速的光誘 導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移過程，可應(yīng)用在太陽能電池中。
[0047] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的描述，實施例中涉及到的原料均可 以商購獲得，并且無需提純處理。
[0048] 實施例1
[0049] ①將檸檬酸和尿素按質(zhì)量比1 :2混合溶解在去離子水中，得到透明溶液；
[0050] ②將①所得到的混合溶液通過微波加熱反應(yīng)5分鐘，加熱功率為700w，獲得棕黑 色粘桐狀液體；
[0051] ③將②中得到的棕黑色粘稠狀液體烘干，溶解在去離子水中，以8000轉(zhuǎn)/分鐘的 速度離心三次，去掉較大不溶的碳納米點聚集體，得到氮摻雜碳納米點。
[0052] 圖1為本發(fā)明中所使用氮摻雜碳納米點（標(biāo)號1曲線）與商業(yè)化的CdSeOZnS量 子點（標(biāo)號2曲線）的質(zhì)量吸收系數(shù)光譜圖，從圖1可以看出，本發(fā)明的氮摻雜碳納米點材 料對可見光的吸收能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點。
[0053] 實施例2
[0054] ①在玻璃基底上旋涂透明的ΙΤ0導(dǎo)電薄膜；
[0055] ②以透明的ΙΤ0導(dǎo)電薄膜作為電子抽取層，將二氧化鈦漿料以2000轉(zhuǎn)每分鐘旋涂 速度（旋涂時間為70s)旋涂在含有ΙΤ0薄膜的玻璃基底上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧化 鈦薄膜放于馬弗爐中焙燒，焙燒溫度為500°C，時間為45分鐘，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化 鈦薄膜；
[0056] ③將②所得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在碳納米點水溶液中6小時， 吸附碳納米點作為光敏層，碳納米點的濃度為5毫克每毫升，然后用去離子水反復(fù)沖洗該 薄膜，以去掉未吸附到二氧化鈦上的碳納米點，經(jīng)自然干燥，得到在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光 誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
[0057] 實施例3
[0058] ①在玻璃基底上旋涂透明的FT0導(dǎo)電薄膜；
[0059] ②以透明的FT0導(dǎo)電薄膜作為電子抽取層，將二氧化鈦漿料以3000轉(zhuǎn)每分鐘旋涂 速度（旋涂時間為30s)旋涂在含有FT0薄膜的玻璃基底上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧化 鈦薄膜放于馬弗爐中焙燒，焙燒溫度為600°C，時間為70分鐘，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化 鈦薄膜；
[0060] ③將②所得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在碳納米點水溶液中12小 時，吸附碳納米點作為光敏層，碳納米點的濃度為10毫克每毫升，然后用去離子水反復(fù)沖 洗該薄膜，以去掉未吸附到二氧化鈦上的碳納米點，經(jīng)自然干燥，得到在可見光區(qū)可實現(xiàn)高 效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
[0061] 實施例4
[0062] ①在玻璃基底上旋涂透明的FT0導(dǎo)電薄膜；
[0063] ②以透明的FT0導(dǎo)電薄膜作為電子抽取層，將二氧化鈦漿料以2500轉(zhuǎn)每分鐘旋涂 速度（旋涂時間為1分鐘）旋涂在含有FT0薄膜的玻璃基底上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧 化鈦薄膜放于馬弗爐中焙燒，焙燒溫度為550°C，時間為1小時，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧 化鈦薄膜；
[0064] ③將②所得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在碳納米點水溶液中2、6、12、 18、24小時，吸附不同量的碳納米點作為光敏層，碳納米點的濃度為5毫克每毫升，然后用 去離子水反復(fù)沖洗該薄膜，以去掉未吸附到二氧化鈦上的碳納米點，經(jīng)自然干燥，得到在可 見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
[0065] 圖2為本發(fā)明實施例4制備得到的二氧化鈦@碳納米點復(fù)合型薄膜在低倍率（a) 和高倍率（b)下的透射電鏡圖片，圖2可以證明氮摻雜碳納米點能夠很好的吸附到二氧化 鈦上，并且可以很明顯的看到無絕緣的長烷基鏈包覆的碳納米點核直接連接到二氧化鈦納 米粒子表面，保證從碳納米點到二氧化鈦有效的光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移。
[0066] 圖3為本發(fā)明實施例4制備得到的不同氮摻雜碳納米點吸附度的二氧化鈦@碳納 米點復(fù)合薄膜的吸收譜圖，圖中的標(biāo)號1、2、3、4、5和6曲線分別對應(yīng)二氧化鈦薄膜在碳納 米點溶液中浸泡〇、24、18、12、6和2小時所得復(fù)合薄膜的吸收譜，圖3說明通過控制二氧化 鈦薄膜在碳納米點水溶液中的浸泡時間，可有效控制碳納米點的吸附量。
[0067] 圖4為本發(fā)明實施例4制備得到的在可見區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型 薄膜（浸泡6小時樣品）置于空氣中（標(biāo)號2曲線）和所用碳納米點吸附到濾紙上（參 比）（標(biāo)號1曲線）的熒光壽命譜圖。圖4可以看出，將氮摻雜碳納米點吸附到濾紙上，其 熒光壽命呈現(xiàn)近似單指數(shù)的衰減，當(dāng)將氮摻雜碳納米點吸附于二氧化鈦介孔膜上后，其熒 光壽命呈現(xiàn)很明顯的變短?？梢钥闯?，該復(fù)合物薄膜可以借助空氣中的氧分子實現(xiàn)高效的 光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移，所以二氧化鈦@碳納米點復(fù)合薄膜可以被應(yīng)用于基于光催化的水污染 治理以及空氣凈化領(lǐng)域。
[0068] 圖5為本發(fā)明實施例4制備得到的可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的二氧化鈦@碳納 米點復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)圖，其中1為玻璃基底，2為電子抽取層（透明的FT0導(dǎo)電薄膜），3為電 子分離層（介孔二氧化鈦薄膜），4為光敏層（在可見區(qū)具有本證吸收的碳納米點）。
[0069] 圖6為本發(fā)明實施例4制備得到的不同碳納米點吸附度的二氧化鈦@碳納米點復(fù) 合薄膜在水中光降解染料效果圖，標(biāo)號1、2、3、4、5、6、7和8曲線分別對應(yīng)無催化劑、碳納 米點、二氧化鈦、經(jīng)24、18、12、6、2小時碳納米點吸附所得復(fù)合薄膜光降解染料速率曲線，Q 和C分別代表染料初始濃度和實時濃度，從羅丹明B的光降解實驗可以看出，該二氧化鈦@ 碳納米點復(fù)合薄膜具有很好的光催化特性，存在從碳納米點到二氧化鈦高效的電荷分離過 程，該復(fù)合物可被應(yīng)用于水污染的治理以及空氣凈化，并且在碳納米點溶液中浸泡6小時 的復(fù)合薄膜降解能力最強，因此可以通過控制碳納米點吸附時間來調(diào)節(jié)光敏層的厚度，進 而調(diào)控該復(fù)合薄膜的光催化活性。同時因為該復(fù)合物薄膜表現(xiàn)出高效的電荷分離過程，表 明該在可見光區(qū)可實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜可應(yīng)用于制備高性能的太陽能 電池。
[0070] 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對 于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行 若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0071] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，其特征在于，該復(fù)合型薄膜 包括基底、設(shè)置在基底上的電子抽取層、設(shè)置在電子抽取層上的介孔電子分離層和設(shè)置在 介孔電子分離層上的光敏層；所述的電子抽取層為透明導(dǎo)電氧化物薄膜，介孔電子分離層 為納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦層，光敏層材料為氮摻雜碳納米點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，其特 征在于，所述的透明導(dǎo)電氧化物薄膜為透明的FTO導(dǎo)電薄膜或透明的ITO導(dǎo)電薄膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，其特 征在于，所述的氮摻雜碳納米點的制備方法，包括 ： 步驟一：將檸檬酸和尿素混合溶解在去離子水中，得到透明溶液； 步驟二：將步驟一得到的混合溶液微波加熱反應(yīng)，獲得粘稠狀液體； 步驟三：將步驟二得到的粘稠狀液體烘干、溶解、離心，得到氮摻雜碳納米點。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜，其特 征在于，所述的檸檬酸和尿素的質(zhì)量比為1 :2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制 備方法，其特征在于，包括： 步驟一：在基底上設(shè)置電子抽取層； 步驟二：將二氧化鈦漿料旋涂在電子抽取層上，得到二氧化鈦薄膜，將二氧化鈦薄膜焙 燒，得到納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜； 步驟三：將步驟二得到的納米介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦薄膜浸泡在氮摻雜碳納米點水溶液 中，得到在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制 備方法，其特征在于，所述的步驟二的旋涂速度為2000?3000轉(zhuǎn)每分鐘，旋涂時間30?70 秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制 備方法，其特征在于，所述的步驟二的焙燒溫度為500?600攝氏度，焙燒時間為45?70 分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種在可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜的制 備方法，其特征在于，所述的氮摻雜碳納米點水溶液中氮摻雜碳納米點的濃度為5?10毫 克每暈升。
9. 權(quán)利要求1-4任何一項所述的可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜在光 催化領(lǐng)域上的應(yīng)用。
10. 權(quán)利要求1-4任何一項所述的可見區(qū)實現(xiàn)高效光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的復(fù)合型薄膜在光 伏領(lǐng)域上的應(yīng)用。
【文檔編號】H01G9/004GK104157462SQ201410418008
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】曲松楠, 孫明燁 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所