沉积温度对Cu_2O薄膜生长过程及光电性能的影响(英文)

以硫酸铜为铜源,采用一步化学浴沉积法制备出了晶粒尺寸可调的纳米晶Cu2O薄膜。通过X射线衍射、扫描电镜和紫外可见分光光度法研究了沉积温度对薄膜晶体结构、成核密度、晶粒尺寸、薄膜厚度和光电性能的影响。结果表明,当在60~90℃范围内调节温度时,能够很好地控制晶粒尺寸、薄膜厚度,并将禁带宽度控制在33~51 nm、392~556 nm和2.47~2.61 eV范围内;随着晶粒尺寸的减小,紫外可见光谱的吸收边有明显的蓝移。此外还对薄膜的生长过程,成核密度和颗粒尺寸变化的机理进行了讨论。     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

不同表面形貌Cu2O空心球的制备及光催化性能

采用一步溶剂热法,以Cu(NO_3)_2·3H_2O为铜源,乙二醇(EG)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,高温条件下制备形貌可控的Cu_2O空心球纳米材料。研究Cu(NO_3)_2·3H_2O与PVP的质量比值(w_(Cu(NO_3)_2·3H_2O)/w_(PVP))对Cu2O结构、形貌、比表面积以及光吸收特性的影响,并结合光催化机理讨论其对Cu_2O光催化性能的影响。此外,通过改变反应时间来研究Cu_2O的生长过程。结果表明,w_(Cu(NO_3)_2·3H_2O)/w_(PVP)=45时,得到的形貌为空心球表面覆盖纳米刺的Cu_2O纳米材料光催化性能最佳,在可见光辐照10 min的条件下,对甲基橙的降解率达94.3%。     

TiO2/Cu2O/Pt复合空心微球的制备及其光催化性能

以锐钛矿相TiO₂溶胶为基底,采用沉淀法和液相沉积法制备了TiO₂/Cu₂O/Pt复合空心微球,通过改变n_Ti⁴⁺∶ n_Cu²⁺和H₂PtCl₆·6 H₂O溶液的加入量对TiO₂的形貌和结构进行调控,采用不同的方法对不同样品的物相及结构、微观形貌和光学性能进行了对比分析。分析结果表明,复合材料中Pt与Cu₂O的引入产生协同效应,不仅在一定程度上阻止了电子-空穴的复合,还降低了禁带宽度,在可见光区域光吸收明显增强。与TiO₂、Cu₂O和TiO₂/Cu₂O光催化剂相比较,TiO₂/Cu₂O/Pt降解有机污染物的能力显著增强,首次光照120 min可降解93%的甲基橙(MO)溶液,4次循环后降解率为71%,具有良好的光催化稳定性能。     

Cu2O纳米阵列的铜阳极氧化法制备及其光催化杀菌性能研究

本文通过阳极氧化法直接在铜片上生长出纳米氧化亚铜阵列,所得到的样品通过扫描电子显微镜(SEM),紫外可见漫反射(UV-Vis diffuser reflectance),X-射线光电子能谱(XPS)等方法进行了表征,并研究了不同形貌氧化亚铜的杀菌效果。实验结果表明：反应过程中在阳极液中加入一定量的CTAB,有助于氧化亚铜的定向生长。通过控制反应条件(如电流密度,温度,和反应时间),可以得到不同形貌的氧化亚铜。随着电流密度的增大,氧化亚铜的形貌从网状,片状到棒状进行转化。所得到氧化亚铜的禁带宽度为1.95 eV。用所得样品进行杀菌实验,1 h内棒状氧化亚铜的杀菌率达到90.85%,而其它形貌的氧化亚铜杀菌率只有50%左右,与空铜片的杀菌率30%相比,所制得氧化亚铜具有较好的杀菌效果。     

Z型异质结Cu2O/Bi2MoO6的构建及光催化降解性能

通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质,并以四环素(TC)为降解目标污染物,进一步探究了其催化效率。实验结果表明,Cu₂O的加入提高了复合催化剂的光催化性能,其中20% Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂(Cu₂O和Bi₂MoO₆的质量比为20%)降解效果最好,100 min内可降解95%的TC。Cu₂O与Bi₂MoO₆之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光,所构建的Z型异质结改变了电子转移途径,提高了电子与空穴的分离效率,光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构,分析了Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂光催化降解TC可能的机理。     

不同nCu2+:nCit3-的Cu(Ⅱ)-Cit3--SiO2溶胶中电沉积制备CuxO-SiO2复合薄膜

以醋酸铜(Cu(Ac)₂)和正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,柠檬酸钠(Na₃Cit)为配合剂,在室温下制备出物质的量之比n_Cu²⁺:n_Cit^3-为1:1和1:2的两种透明稳定的Cu(Ⅱ)-Cit^3--SiO₂复合溶胶。以此为电解液,采用恒电位方法,在ITO阴极上直接制备出了Cu_xO-SiO₂复合薄膜。CV(循环伏安)和XRD(X射线衍射)结果表明,在低过电位和高过电位分别得到Cu₂O-SiO₂和Cu/Cu₂O-SiO₂薄膜。XRD和EDX(X射线散射能谱)结果表明,相同沉积条件下,n_Cu²⁺:n_Cit^3-为1:1溶胶中得到的薄膜中Cu含量较1:2溶胶中的高。薄膜在两种溶胶中的电化学形成机理不同,其原因在于溶胶中Cu(Ⅱ)存在的形式不同。CA(计时安培)和SEM(扫描电镜)结果一致表明,Cu和Cu₂O在两种溶胶中的成核机理与电位有关,随着过电位增大,成核机理从三维连续成核逐渐转向瞬时成核。     

Cu2O立方体的快速制备及模板法制备CuxS纳米笼子

首先以NaBH₄作为强还原剂在CuSO₄溶液中快速形成Cu₂O晶核, 然后以葡萄糖为温和的还原剂和保护剂, 由晶核生长成Cu₂O立方体, 并以其为模板制备中空的球状Cu_xS纳米笼子. 利用透射电子显微镜(TEM), 扫描电子显微镜(SEM), X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计对产物进行表征. 葡萄糖和铜盐的物质的量的比、加热状况、pH等反应条件影响Cu₂O的形貌. Cu_xS纳米笼子的外壳厚度由参与反应的Cu₂O和Na₂S的物质的量的比决定.     

n型Cu2O薄膜的简易水热法制备及其光电化学性能

采用一种简单的水热法,通过控制反应时间,使用铜片在只含有Cl~-的非含铜前驱物的NaCl溶液中生长出了n型Cu_2O薄膜。对制备的样品进行了X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和光电化学等表征或测试。本水热法相对其他的水热法工艺更简单,成本更低且能进行快速大规模化的生产。且得到的n型Cu_2O薄膜晶化程度高,经过Cl~-掺杂后,载流子浓度高达9.75×10~(17) cm~(-3),在可见光照射下表现出较好的光电转换性能。光电化学和电化学阻抗谱表明在中等浓度(0.1 mol·L~(-1))NaCl溶液中90℃的条件下水热反应50 h制备的Cu_2O薄膜具有最好的光电性能。     

脉冲激光沉积GeO2薄膜的电化学性能

采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了GeO₂薄膜。充放电性能显示其具有高达1 336 mAh·g^-1可逆容量，这相当于每个GeO₂可与5.1个Li发生反应。其循环伏安特性显示在1.2 V和0.4 V处出现一对新的氧化还原峰。充放电后薄膜的组成与结构通过非原位高分辨电子显微和选区电子衍射来表征。结果显示在外电场作用下，Ge能够可逆地驱动Li₂O分解和形成。这是金属氧化物的一种新的电化学反应机理。     

复合半导体MoS_2/Cu_2O的制备及其光催化性能研究

采用两步法制备了MoS_2/Cu_2O催化剂,对其催化降解甲基橙(MO)性能进行了研究.首先,通过液相剥离和梯度离心获得少数层MoS_2纳米片,然后采用水热还原法在MoS_2纳米片上合成Cu_2O纳米颗粒,形成MoS_2/Cu_2O复合半导体,并分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis紫外可见漫反射光谱(DRS)等手段对催化剂的结构进行表征.在可见光下,MoS_2/Cu_2O复合半导体降解MO的效率明显高于纯MoS_2和Cu_2O.为了获得最佳光催化活性,探究了MoS_2质量分数(5%、10%、20%、30%、40%、50%)对MoS_2/Cu_2O复合半导体光催化降解MO的影响.最后,经过5次循环实验,MoS_2/Cu_2O降解率下降为82.5%,循环稳定性有待进一步提高.     

TiO2纳米管阵列负载不同形貌Cu2O薄膜的制备及光电性能研究

本论文采用阳极氧化法在金属钛基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,然后采用脉冲电流法在TiO2纳米管阵列上沉积Cu2O,从而制备出Cu2O-TiO2纳米管阵列异质结复合薄膜。借助X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,详细探讨了Cu2O沉积过程中电解液的不同扰动方式(静止、磁力搅拌和超声搅拌)对复合薄膜物相和形貌的影响。实验结果表明电解液的扰动方式会影响Cu2O沉积过程中的离子扩散和微区化学环境,从而影响Cu2O的形貌。通过漫反射紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流性能测试可知所制备的负载Cu2O型TiO2纳米管阵列薄膜具有显著的可见光响应效应。     

TiO2/Cu2O/Pt复合空心微球的制备及其光催化性能

以锐钛矿相TiO₂溶胶为基底,采用沉淀法和液相沉积法制备了TiO₂/Cu₂O/Pt复合空心微球,通过改变n₍Ti⁴⁺)∶n_Cu2+和H₂Pt Cl₆·6H₂O溶液的加入量对TiO₂的形貌和结构进行调控,采用不同的方法对不同样品的物相及结构、微观形貌和光学性能进行了对比分析。分析结果表明,复合材料中Pt与Cu₂O的引入产生协同效应,不仅在一定程度上阻止了电子-空穴的复合,还降低了禁带宽度,在可见光区域光吸收明显增强。与TiO₂、Cu₂O和TiO₂/Cu₂O光催化剂相比较,TiO₂/Cu₂O/Pt降解有机污染物的能力显著增强,首次光照120 min可降解93%的甲基橙(MO)溶液,4次循环后降解率为71%,具有良好的光催化...     

退火温度对TiO2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备（001）高活性晶面主导的TiO₂纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO₂纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450 ℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、紫外-可见（UV-Vis）分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明：六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO₂纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO₂纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150 ℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

退火温度对TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备(001)高活性晶面主导的TiO_2纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO_2纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明:六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO_2纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO_2纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO_2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

不同结构Cu_2O多晶的合成及其对高氯酸铵热分解的催化作用

利用均相反应器,在没有添加剂的条件下合成了具有多孔结构的Cu2O微球.考察了合成时间以及反应器旋转速度对Cu2O微球结构的影响.通过增加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量,使得Cu2O从多孔微球转变为立方体孪晶,最终形成十四面体孪晶结构.同时,将不同结构的Cu2O多晶应用于催化高氯酸铵(AP)的热分解,结果表明:多孔Cu2O微球较其它结构的Cu2O对AP的热分解具有更高的催化活性,使得AP的低温分解温度降低了37.4°C,而AP在低温阶段的分解量也由8.7%增加至49.0%.     

氧分子在Cu2O(111)表面吸附与解离的理论研究

本文采用密度泛函方法结合周期性平板模型,研究了氧原子和氧分子在完整和存在缺陷的Cu₂O(111)表面的吸附。计算结果表明氧原子倾向于吸附在配位饱和的Cu_CSA位,而对于氧分子,则强烈倾向于吸附在配位不饱和的Cu_CUS位。氧分子在含有氧空位的缺陷表面的优势吸附位为平行吸附于空位上方的桥位。过渡态的计算表明氧分子在缺陷表面的解离是一个活化能很小的放热过程。