銅氧化物納米薄膜的制備及光電化學(xué)性能的研究.pdf

1、銅氧化物半導(dǎo)體材料具有自然資源豐富、價(jià)格低廉、無毒且禁帶寬度窄等特點(diǎn)。Cu2O是一種直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度約為2.0eV，CuO的禁帶寬度為1.2eV。它們對(duì)可見光具有優(yōu)良的吸收，在光催化、太陽能電池和光電化學(xué)電池(PEC)方面擁有廣泛的應(yīng)用前景。納米結(jié)構(gòu)的金屬氧化物具有較大的比表面積，且由于尺寸效應(yīng)使其擁有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，已被廣泛用于氣體傳感器、鋰離子電池、太陽能電池以及催化等領(lǐng)域。
　　本文在導(dǎo)電玻璃FTO基底上，

2、分別制備了納米島狀Cu2O、多孔Cu2O/SnO2和類球狀納米CuO薄膜。利用X射線粉末衍射(XRD)、激光拉曼光譜(Raman)、X射線光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)和紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、組成、表面形貌和光譜性能進(jìn)行表征，通過光電流響應(yīng)圖譜對(duì)薄膜的光電化學(xué)性能進(jìn)行分析。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如以下幾個(gè)方面:
　　1.以0.05mol·L-1Cu(NO3)2+1.5mol·L-1乳酸為基本

3、鍍液，通過兩步恒電流法在FTO基底上沉積花狀Cu膜，然后經(jīng)空氣氣氛下氧化處理獲得納米島狀Cu2O薄膜?？疾炝穗姵练e-熱氧化的條件對(duì)薄膜形貌、結(jié)構(gòu)、成分及可見光光電性能的影響。SEM、XRD和Raman分析結(jié)果表明，F(xiàn)TO在鍍液中先經(jīng)25mA·cm-2的電流密度陰極極化10s，再經(jīng)7.5mA·cm-2的電流密度陰極極化90 s，最后于175℃恒溫加熱2h，制備的納米島狀Cu2O薄膜顯示出良好的可見光光電活性和穩(wěn)定性。在0.2mol·L-1

4、Na2SO4溶液和零偏壓條件下，光電流密度為-0.25μA·cm-2。
　　2.將電沉積的花狀Cu膜浸漬到預(yù)先制備的SnO2溶膠中，然后低溫煅燒獲得SnO2修飾的多孔Cu2O薄膜(Cu2O/SnO2)。研究了SnO2修飾后對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、組成、形貌、光學(xué)性質(zhì)以及光電性能的影響。XRD、Raman、XPS和SEM結(jié)果表明，SnO2修飾于Cu2O薄膜表面，形成多孔Cu2O/SnO2復(fù)合薄膜。與單相Cu2O相比，Cu2O/SnO2薄膜在可見

5、光區(qū)的吸收強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，具有更優(yōu)異的光電流響應(yīng)活性和穩(wěn)定性，最佳修飾條件下的光電流密度大小增加了3倍。
　　3.將電沉積的花狀Cu膜經(jīng)空氣氣氛下于300℃恒溫氧化2h，獲得納米類球狀CuO薄膜。分析了薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性質(zhì)及光電化學(xué)活性。在0.2mol·L-1Na2SO4電解液中，CuO薄膜在零偏壓和可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)良的光電化學(xué)性能，光電流密度為-3.2μA·cm-2; SnO2修飾后薄膜的光電流密度略微降低，但樣品的穩(wěn)定