電化學陽極氧化法構建納米銅氧化物薄膜.pdf

1、金屬氧化物半導體材料是太陽能轉換的重要材料之一。銅的氧化物中，氧化亞銅(Cu2O)和氧化銅(CuO)通常為p型半導體，禁帶寬度Eg分別為1.9～2.2 eV和1.2 eV。因此他們都能吸收可見光，可作為可見光光催化材料，以充分利用豐富且清潔的太陽能分解水制氫。
　　本論文研究了恒電流陽極氧化黃銅制備銅氧化物薄膜的過程及其光電性能影響因素。利用X射線粉末衍射儀，(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和激光拉曼

2、光譜儀（Raman）等對薄膜的形貌、結構和表面成分進行分析表征，并綜合表征結果對其可見光光電化學性能進行分析。本文中的主要研究內容和結果為以下所示四個方面:
　　1.高溫氧化和陽極氧化的對比。黃銅只經過150℃高溫氧化2h處理時，表面形成少量的氧化物，光電性能比較微弱。只經過10.0 mA·cm-2的電流密度陽極氧化300 s之后，表面具有致密多孔的納米片，同時含有CuO和Cu2O（禁帶寬度Eg分別為1.9～2.2 eV和1.2

3、eV），使得樣品能吸收可見光。樣品具有明顯的p型光電流。經過陽極氧化的樣品再經過高溫氧化，XRD顯示其峰型變尖銳，結晶度提高，光電流大小也隨之增加。
　　2.NaOH濃度的影響。1.0 mol·L-1 NaOH中可以得到Cu2O/CuO（納米顆粒）雙層結構，3.0 mol·L-1和5.0 mol·L-1 NaOH中可以得到Cu2O/CuO（納米片狀）雙層結構;8.0 mol·L-1和10.0 mol·L-1 NaOH中可以得到多面

4、體顆粒狀Cu2O。在NaOH濃度為3.0 mol·L-1時得到的樣品具有最大的光電流。此時的樣品表面的薄膜是Cu2O/CuO雙層結構，納米片狀CuO在外側。納米片有利于光的吸收和光生載流子的分離。納米片狀CuO的形成可能是Cu(OH)2的水解導致的。恒電流陽極氧化過程中CuO納米片的形成的必要因素是Cu2O緊密覆蓋層的形成。
　　3.溫度的影響。在5.0 mol·L-1的NaOH溶液中，溫度為30和40℃時可以得到納米顆粒狀CuO

5、聚集體;50℃～70℃可以得到納米片狀CuO，類似研究NaOH影響時3.0 mol·L-1和5.0 mol·L-1的溶液中得到的納米片;80℃可以得到多面體顆粒狀Cu2O。在55℃時得到的樣品具有最大的光電流，薄膜上的CuO納米片有利于光的吸收和光生載流子的分離。納米片狀CuO的形成可能是溶液溫度高于50℃時Cu(OH)2的水解導致的。在50℃前后存在不同的反應方式。溫度高于50℃時，隨著溫度增加，形成Cu2O鈍化膜的難度增加，過渡時間