电化学沉积制备ZnO纳米棒薄膜和Cu2O纳米薄膜

• 作 者: 李志芳
• 机 构: 北京交通大学
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: ZnO纳米棒 阴极还原法 Cu2O纳米薄膜 恒电位法 电化学沉积

近年来,金属氧化物纳米材料由于其在光催化、太阳能电池等领域的重要应用而备受重视。氧化锌和氧化亚铜是两种典型的金属氧化物。氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族具有宽禁带的n型氧化物半导体,在力学、电学、光学等领域具有独特的性能。由于其优异的压电、光电特性在许多领域尤其是光电器件领域的重要应用,成为国内外科学界研究的热点。氧化亚铜(Cu2O)是一种非常重要的p型半导体材料,禁带宽度为2.2eV,因此,Cu2O可利用可见光激发,进而产生电子和空穴的流动,这使得Cu2O具有独特的光学性质和光电性能,能够有效利用太阳能。器件的性能受材料的尺寸大小和形貌的影响极大,因此通过可控的方法制备不同尺寸和形貌的金属氧化物纳米材料具有重要的实际意义。电化学沉积法以其操作简单、高效调控等优点成为制备金属氧化物纳米材料的优选方法。本文通过电化学沉积法分别制备出不同形貌和结构的ZnO、Cu2O纳米薄膜,主要研究内容如下：1、采用阴极还原法,使用三电极体系,在常压和一定温度下,以硝酸锌水溶液为电解液,硝酸钾为支持电解质,通过电化学恒电位沉积法在透明导电玻璃FTO衬底上得到ZnO纳米棒阵列。研究了不同沉积参数(溶液浓度、沉积电压、沉积时间等)对ZnO薄膜表面形貌和结构的影响,并进行相关的表征。结果表明,改变沉积参数或条件对电沉积纳米ZnO形貌影响很大。当FTO基底经过45%的HNO3超声处理后,控制沉积电位在-10±0.1V,Zn2+浓度为3mM,沉积时间为75min,沉积温度为60℃时,可以得到沿c轴(002)晶面垂直于基底生长的六方纤锌矿型ZnO纳米棒。2、使用恒电位法,以Cu(CH3COO)2和CH3COONa的混合溶液为电解液,在常温常压下,通过改变沉积参数来控制纳米Cu2O的形貌,得到了Cu2O的纳米薄膜。结果表明,只有在沉积电位为-0.2V时得到Cu2O纯相树枝状纳米晶,其他条件如：改变pH、加入表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、加入NaCl等,多得到Cu和Cu2O混合纳米晶。随条件的改变,Cu2O分别沿不同的晶面优先生长,得到的薄膜形貌也多种多样。