本文關鍵詞：電化學陽極氧化法構建納米銅氧化物薄膜

  更多相關文章： 陽極氧化 黃銅 NaOH 電解液溫度 Cu_2O CuO 氧化物薄膜 光電流

【摘要】：金屬氧化物半導體材料是太陽能轉(zhuǎn)換的重要材料之一。銅的氧化物中,氧化亞銅(Cu_20)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(nèi)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(jīng)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(jīng)過10.0mA·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Cu_20(禁帶寬度Eg分別為1.9～2.2 eV和1.2 eV),使得樣品能吸收可見光。樣品具有明顯的p型光電流。經(jīng)過陽極氧化的樣品再經(jīng)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。1.0mol·L-1 NaOH中可以得到Cu_2O/CuO (納米顆粒)雙層結構,3.0 mol·L-1和5.0 mol·-1 NaOH中可以得到Cu_2O/CuO (納米片狀)雙層結構；8.0 mol·L-1和100 mol·L-1 NaOH中可以得到多面體顆粒狀Cu_2O。在NaOH濃度為3.0 mo1·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Cu_2O/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Cu_20緊密覆蓋層的形成。3.溫度的影響。在50 mol·L的的NaOH溶液中,溫度為30和40℃時可以得到納米顆粒狀CuO聚集體；50℃～70℃可以得到納米片狀CuO,類似研究NaOH影響時3.0mol·L-1和50 mol·L-1的溶液中得到的納米片；80℃可以得到多面體顆粒狀Cu_2O。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Cu_20鈍化膜的難度增加,過渡時間延長,直至無法形成完整而致密的鈍化膜。高溫和高濃度的NaOH增加了Cu_20的溶解度,其形成比較困難。4. CuO納米片的修飾。電化學陰極還原和葡萄糖還原均能在CuO納米片的基礎上形成Cu_2O/CuO復合半導體材料。能夠顯著地提高樣品的光電性能。葡萄糖具有反應溫和的特點,而且制得的復合半導體材料的光電性能比較好。
【關鍵詞】：陽極氧化 黃銅 NaOH 電解液溫度 Cu_2O CuO 氧化物薄膜 光電流
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景和意義10
• 1.2 銅氧化物半導體及其光電催化性能10-12
• 1.2.1 Cu_2O的光電催化性能10-11
• 1.2.2 CuO的光電催化性能11
• 1.2.3 復合氧化物半導體的光電催化性能11-12
• 1.3 黃銅表面的處理及其應用12-14
• 1.4 黃銅的電化學氧化14-15
• 1.5 銅的電化學陽極氧化15-18
• 1.5.1 不同電化學方法對銅的陽極氧化的影響15-16
• 1.5.2 電解液溫度對銅的陽極氧化的影響16
• 1.5.3 堿性溶液中研究銅的陽極氧化16-18
• 1.5.3.1 堿性溶液中銅的陽極氧化產(chǎn)物16-17
• 1.5.3.2 Cu_2O形成及一價銅離子的影響17
• 1.5.3.3 CuO、Cu(OH)_2或其他銅氧化物的形成17-18
• 1.6 本文的主要工作18-19
• 第二章 實驗部分19-24
• 2.1 實驗材料及試劑19
• 2.2 實驗儀器19
• 2.3 基底預處理19-20
• 2.3.1 裁剪20
• 2.3.2 機械打磨20
• 2.3.3 清洗20
• 2.4 樣品的制備20-22
• 2.4.1 反應裝置20-21
• 2.4.2 陽極氧化和高溫氧化的對比實驗21
• 2.4.3 不同NaOH濃度陽極氧化黃銅21
• 2.4.4 不同電解液溫度陽極氧化黃銅21-22
• 2.5 薄膜的結構、形貌、光電化學性能及成分分析22-23
• 2.5.1 X射線粉末衍射(XRD)22
• 2.5.2 激光拉曼散射光譜(Raman)22
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡(SEM)22-23
• 2.5.4 透射電子顯微鏡(TEM)23
• 2.6 薄膜的光電性能測試23-24
• 第三章 恒電流陽極氧化和高溫氧化對黃銅的影響及其光電性能24-32
• 3.1 引言24-25
• 3.2 結果與討論25-31
• 3.2.1 XRD結構分析25-27
• 3.2.2 表面Raman分析27-28
• 3.2.3 SEM形貌分析28-30
• 3.2.4 可見光光電流測試30-31
• 3.3 本章小結31-32
• 第四章 NaOH濃度對黃銅陽極氧化的影響32-42
• 4.1 引言32-33
• 4.2 結果與討論33-41
• 4.2.1 SEM形貌分析33-34
• 4.2.2 XRD結構分析34-35
• 4.2.3 表面Raman分析35-36
• 4.2.4 可見光光電流測試36-38
• 4.2.5 NaOH濃度對樣品形成機理探究38-41
• 4.3 本章小結41-42
• 第五章 溫度對黃銅陽極氧化的影響42-48
• 5.1 引言42
• 5.2 結果與討論42-47
• 5.2.1 表面Raman分析43-44
• 5.2.2 SEM形貌分析44-45
• 5.2.3 可見光光電流測試45-46
• 5.2.4 電解液溫度對陽極氧化膜的形成過程初探46-47
• 5.3 本章小結47-48
• 第六章 不同還原條件修飾納米片狀氧化銅48-55
• 6.1 引言48
• 6.2 結果與討論48-54
• 6.2.1 電化學陰極還原48-52
• 6.2.2 葡萄糖還原52-54
• 6.3 本章小結54-55
• 第七章 總結與展望55-57
• 7.1 總結55-56
• 7.2 展望56-57
• 參考文獻57-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果66-69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 趙華濤;王棟;張?zhí)m月;白志平;吳有庭;;高反應濃度下制備不同形貌氧化亞銅的簡易方法[J];無機化學學報;2009年01期

2 李勇;朱應祿;;黃銅脫鋅腐蝕的研究進展[J];腐蝕與防護;2006年05期

3 汪志勇,曾慶學,崔舜,康志君;電化學法制備氧化亞銅的研究[J];化學研究;2001年01期

，

本文編號：539491