化學(xué)浴沉積法制備Cu2O-ZnO復(fù)合膜及其光催化性能的研究.pdf

1、太陽能是所有能源中無限量的清潔能源，被視為未來人類生存發(fā)展的主要能源。目前，太陽能電池大多基于寬禁帶半導(dǎo)體材料，雖然克服了對環(huán)境的污染問題，但是制備費用偏高，對太陽能的利用率仍存在著極大的可提升空間，如最有前景的寬禁帶納米棒狀ZnO薄膜，能夠被太陽光激發(fā)且具有高導(dǎo)電性等優(yōu)勢，但是僅能利用太陽光中只占不到5％的紫外光，而其中占據(jù)43%的可見光卻不能夠被利用。由于Cu2O能夠被可見光激發(fā)，因此可以將兩者組成Cu2O/ZnO異質(zhì)結(jié)薄膜，提高對

2、太陽能的利用率。
　　對于Cu2O與ZnO薄膜的制備方法，可分為氣相法和液相法。氣相法需要高溫或者真空的條件，而且耗能較大，設(shè)備昂貴，產(chǎn)品面積?。辉谝合喾ㄖ?，由于電化學(xué)法需要導(dǎo)電的襯底，溶膠凝膠法需要高溫處理，易造成薄膜龜裂等缺陷，然而化學(xué)浴沉積法能夠克服以上氣相法和液相法的不足。
　　本文以普通玻璃為襯底，采用化學(xué)浴沉積法分別制備出Cu2O薄膜、ZnO薄膜和Cu2O/ZnO薄膜，其中對Cu2O薄膜和ZnO薄膜進(jìn)行了形貌控制

3、研究，探討特殊形貌的形成機(jī)理，再以特殊結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜為襯底，制備出Cu2O/ZnO薄膜。以有機(jī)污染物甲基橙為降解對象，探討了三種薄膜的光催化性能和機(jī)理。研究結(jié)果如下：
　　1.對于 Cu2O薄膜：（1）采用葡萄糖作為還原劑，檸檬酸三鈉作為絡(luò)合劑，在玻璃襯底上制備出純的Cu2O膜，其中制備出較為理想Cu2O膜的條件為，硫酸銅：檸檬酸三鈉：葡萄糖的摩爾比為12:9:8，硫酸銅的濃度為0.3 M，溶液pH為12.0；（2）通過調(diào)節(jié)銅離

4、子濃度，發(fā)現(xiàn)Cu2O膜上的顆粒形貌由八面體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒚浊蛐徒Y(jié)構(gòu)，主要原因在于銅離子濃度由0.05 M增加到0.5 M時Cu2O晶體由二維生長方式轉(zhuǎn)變?yōu)閳F(tuán)聚生長方式；（3）溶液pH取值在12.3到13.2之間時，能夠制備出核殼結(jié)構(gòu)的Cu2O微米球薄膜，其形成的主要原因為葡萄糖酸的產(chǎn)生，導(dǎo)致腐蝕通道的形成；（4）Cu2O薄膜/H2O2光催化劑對甲基橙溶的降解機(jī)理為，H2O2作為光生電子接收劑，提高了Cu2O薄膜的光生電子空穴對的分離效率，

5、產(chǎn)生大量的?OH。此外，中性體系有利于Cu2O薄膜的光催化應(yīng)用。通過對Cu2O薄膜降解甲基橙進(jìn)行動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，其降解過程符合一級動力學(xué)模式，即降解速率常數(shù)隨著MO初始濃度的提高逐漸降低。
　　2.對于ZnO薄膜：（1）采用雙絡(luò)合劑（檸檬酸三鈉和氨水），通過調(diào)節(jié)兩者之間的相對含量，在玻璃襯底制備出片狀結(jié)構(gòu)、玫瑰型結(jié)構(gòu)和花狀結(jié)構(gòu)的三種不同形貌的ZnO薄膜。（2）僅從溶液體系出發(fā)，很難制備出高度垂直的納米棒狀ZnO陣列薄膜；（3）將玻

6、璃襯底用高濃度的Zn2+溶液浸泡處理后，采用硝酸鋅和氨水組成的前驅(qū)液，能夠制備出由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜；（4）由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜的光催化性能高于納米棒狀ZnO薄膜，原因在于由片狀修飾的納米棒狀ZnO陣列薄膜的比表面積較高。
　　3.對于Cu2O/ZnO薄膜，采用葡萄糖作為還原劑，Cu2O納米顆粒易于團(tuán)聚形成微米球，導(dǎo)致Cu2O不能與ZnO納米棒之間形成有效的接觸面積。采用抗壞血酸鈉制備時，ZnO襯底發(fā)生