电沉积制备氧化亚铜薄膜及其性能研究.ppt

电沉积法制备氧化亚铜薄膜及其性能研究 Ⅰ、电沉积法制备Cu2O薄膜的形貌控制 在外加电源的条件下实现的溶液中的化学沉积方法定义为电化学沉积。 电化学沉积过程的影响因素：电解液的组成，电流密度，有机添加剂，沉积化学电位，温度，溶液中表面活性剂、分散剂等。 电沉积Cu2O薄膜的基本原理 1）酸性条件下： 2Cu2++2e-+H2O→Cu2O+2H+ Cu2++2e-→Cu 2)碱性条件下： Cu2++e-→Cu+ 2Cu++2OH-→Cu2O+H2O Cu2++2e-→Cu 实验部分 实验前处理与装置 （1）基片处理 ①依次采用蒸馏水、无水乙醇、丙酮超声清洗30 min； ②用三次蒸馏水冲洗数次； ③烘干备用。 （2）实验装置 本实验采用恒电位法电沉积制备Cu2O薄膜，电解液为醋酸铜和醋酸钠的混合溶液，醋酸调节pH≈5.7。实验中将整个体系放入恒温水浴中进行控制电解液温度，磁力搅拌器控制搅拌。 试验装置：三电极体系电化学沉积系统 一、电沉积合成枝形Cu2O薄膜 引言：无机纳米材料的尺寸和形貌对于调控其性能有着非常重要的影响。作为一种非常重要的p型半导体材料，氧化亚铜（Cu2O）具有的能隙大约为2.2 eV，由于其所具有的独特的光学性能，因此被认为是一种具有巨大的应用潜力的太阳能转换器材料、催化材料和气敏材料。 试剂及仪器 1．醋酸钠（CH3COONa）：0.1M 2．醋酸铜（Cu(CH3COO)2）：0.02M 3．醋酸（CH3COOH） 4.二次蒸馏水：实验室自制； 5.粉末X射线衍射（XRD）分析仪：Seifert 3000P,Cu Kα，（λ=1.54178?） 日本SHIMADZU公司XRD-6000分析仪； 6.扫面电镜（SEM）：SHIMADZU SSX-550扫描电镜。 7.电化学工作站（CHI-630）：上海辰华电化学分析仪。 实验步骤 电解液为0.1 M醋酸钠，0.02 M醋酸铜，利用醋酸调节电解液的pH≈5.7，考察不同工艺因素（如电解液温度，浓度，沉积时间，搅拌等条件)的影响，详细研究了搅拌条件对Cu2O薄膜形貌及结构的影响。所有溶液都是由二次蒸馏水配制，沉积温度由水浴控制，恒电位-0.2 V沉积，沉积之后，用大量的二次水冲洗薄膜，室温干燥即可。 结果与讨论 (1)体系温度的影响 从Figure2.2中发现：Cu2O薄膜的表面形貌低温时为星形结构,高温时为网状结构。 可能原因： ①温度升高，沉积速度快，增长速率远高于成核速率； ②温度升高，各晶面生长速度相差较大，晶体生长存在一定的方向性，从而出现网络结构。 小结 室温搅拌条件改变了溶液的扩散速度，从而改变了晶体不同晶面的生长速率，所以在醋酸铜电解液中直接在ITO导电玻璃上电沉积出的Cu2O薄膜形貌明显不同于静止条件下制得的薄膜，有树枝状结构的Cu2O晶体生成；而随着温度升高，电沉积受到动力学的影响，核增长速率远远高于成核速率，晶体容易发生团聚，Cu2O晶体的分枝相互连接，从而分枝结构不明显。 二、电沉积合成方形Cu2O晶体 试剂及仪器 1．醋酸钠（CH3COONa）：0.1M 2．醋酸铜（Cu(CH3COO)2）：0.02M 3．醋酸（CH3COOH）：上海业联联合化工有限责任公司产品，分析纯； 4．二次蒸馏水：实验室自制； 5．粉末X射线衍射（XRD）分析仪：Seifert 3000P,Cu Kα，（λ=1.54178?） 日本SHIMADZU公司SHIMADZU XRD-6000分析仪； 6．扫面电镜（SEM）：SHIMADZU SSX-550扫描电镜； 7.电化学工作站（CHI-630）：上海辰华电化学分析仪。 实验步骤 电解液为0.1 M醋酸钠，0.02 M醋酸铜，利用醋酸调节电解液的pH≈5.7，考察不同简单盐（KCl，KNO3，K2SO4，NaCl，NH4Cl作为添加剂的影响，详细研究了不同浓度的KCl的影响。所有溶液都是由二次蒸馏水配制，沉积温度由水浴控制，恒电位-0.2 V沉积，沉积之后，用大量的二次水冲洗薄膜，室温干燥即可。 结果与讨论 （1） KCl作为添加剂对电沉积Cu2O晶体的影响 Figure 2.7所示:随着KCl浓度的增加，Cu2O晶体的形貌从星形逐渐向方形结构过渡。 KCl浓度：0→1.17→3.51→7.02 晶体结构：星形→多瓣花形→八瓣对称→方形 Figure 2.7e-h中的插图为对应Cu2O薄膜的XRD测试结果，从图中衍射峰的位置可看出，Cu2O属于立方体结构，与标准谱图的JCPDS No.78-2076相一致，36.46°，42.40°和61.38°分别对应于氧化亚铜的（111），（200）