[发明专利]柔性氮化碳/还原石墨烯电子复合材料及其制备与应用

说明书

本发明提供了一种柔性氮化碳/还原石墨烯电子复合材料，其制备方法为：将柔性基底浸泡于石墨烯醇溶液中一定时间，用惰性气体吹干后，再浸入的氮化碳醇相分散液中一定时间，用惰性气体吹干后，完成一次组装过程，重复该组装过程1～8次，之后置于还原性蒸气气氛下还原，即得产品；本发明采用层层自装的方法得到具有范徳华异质结构、层层堆积的g‑C₃N₄/rGO复合材料，方法简单易行，能耗、成本低，易实现工业化，所得g‑C₃N₄/rGO电子复合材料产品柔软，可折叠，作为芯片材料不仅具备多孔道性质，而且有利于电子‑空穴的传输，改善单独石墨烯的气体传感材料性能，应用于低浓度SO₂检测具有高灵敏度，恢复时间短。

(一)技术领域

本发明涉及一种柔性光电材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种柔性氮化碳/还原石墨烯(g-C₃N₄/rGO)电子复合材料及其制备方法，以及在气体传感器中的应用。

(二)背景技术

随着物联网(Internet of Things，IoT)的发展，对柔性电子器件质量要求越来越高。石墨烯(GO)由于其高比表面，高电子传输速率等特性，广泛应用于超级电容器材料、储氢材料领域、电化学传感器及复合材料等领域。但是，由于其缺乏禁带宽度，又缺乏悬挂键，因此石墨烯的应用受到一定的限制。氮化碳(g-C₃N₄)是类似于石墨烯结构的非金属二维材料，由于其具有半导体特性，高荧光量子效应等特点，被广泛应用于催化制氢，光催化还原二氧化碳，重金属离子及DNA检测等应用。由于g-C₃N₄导电性较弱，限制了光电子的传输，也大大限制了其应用。将石墨烯和氮化碳复合能够充分利用石墨烯的高电子传输率和氮化碳半导体特性。

迄今为止，已经报道的氮化碳/石墨烯的复合材料制备方法有多种，例如有热处理方法[Small,2013,9,3336-3344.]、超声方法[Dalton Trans.,2014,43,6295-6299]及原位合成[Nanoscale,2014,6,12555-12564]等方法，但仍然存在混合不均匀、比表面低等缺陷。范徳华异质结构(Van der Waals)给二维材料的层间复合提供了一种很重要的策略。目前，已经有将石墨烯和其他二维材料例如BN、硫化物或水滑石等材料形成范徳华异质结构。但迄今为止，尚未有石墨烯/氮化碳范徳华异质结构的相关报道。

二氧化硫是大气污染的主要气体之一。长期待在浓度低于2ppm的含有二氧化硫气氛中，常会引起胸闷，咳嗽。长期待在5ppm的二氧化硫气氛中会引起呼吸道及肺部疾病。美国环境控制局(U.S.Environmental Control Agency)设定大气中二氧化硫的最低浓度必须小于0.5ppm。最近，以石墨烯为基质的场效应晶体管(field-effect transistor，FET)电化学传感器用于二氧化硫气体传感，可以在室温下检测到低至5ppm的二氧化硫，但是其恢复时间较长，有待于进一步提高。因此，为了维护人类健康及环境，寻找快速、低耗，低成本的电化学传感器具有重要意义。

本发明提供了一种柔性g-C₃N₄/rGO电子复合材料及其制备方法，以及在气体传感器中的应用。该柔性电子复合材料具有特殊的光电特性，不仅可用于电化学传感，在光催化、环境污染物监测与控制等领域也有较好的应用前景。

(三)发明内容