CuO纳米材料的制备及其光电性能研究

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本文在导电玻璃(ITO)和铜箔两种基底上分别制备出纳米球、纳米麦穗、纳米片三种形貌的薄膜材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UVvis)对样品的结构、组成、表面形貌和光吸收性能进行了表征,通过光电流响应测试对薄膜进行了光电性能分析。本论文开展了以下三个方面的工作:1.以醋酸铜(Cu(CH3COO)2)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)的混合溶液为电解液,通过一步电化学沉积法,在ITO基底上制备出球状Cu/Cu2O/CuO纳米阵列薄膜。通过FE-SEM对球状形貌的合成条件进行探究,当Cu(CH3COO)2浓度为10 mmol/L,EDTA-2Na浓度1.25 mmol/L,沉积电位-0.9V,沉积时间40 min时是球状形貌合成的最优条件。并通过热氧化法对样品进行不同温度下退火处理以探究退火温度对薄膜成分、形貌、光电性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,在350℃时薄膜成分转变为CuO,并且随退火温度的升高薄膜形貌表面逐渐粗糙,并在350℃退火后得到的纳米球阵列薄膜表现出最佳的光电响应性能。2.采用电化学沉积法,以Cu(CH3COO)2和EDTA-2Na的混合溶液为电解液,在ITO基底上制备出麦穗状Cu/Cu2O/CuO纳米阵列薄膜。通过FE-SEM对麦穗状形貌的合成条件进行探究,当Cu(CH3COO)2浓度20 mmol/L,EDTA-2Na浓度2.5 mmol/L,沉积电位为-1.0 V,沉积时间40 min时为麦穗状形貌合成的最优条件。并通过热氧化法对样品进行不同温度下退火处理以探究温度对薄膜成分、形貌、光电性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,在350℃时薄膜成分转变为CuO。并且随退火温度升高薄膜纳米结构出现了坍塌,在350℃退火后得到的纳米麦穗阵列薄膜表现出最佳的光电响应性能。3.采用阳极氧化法以氢氧化钾(KOH)为单一电解液,在Cu箔基底上制备出片状Cu2O薄膜。通过FE-SEM对玉米叶状纳米片的合成条件进行探究,在KOH浓度为4 mol/L,电压为0.7 V,氧化时间为60 min时为玉米叶片状形貌合成的最优条件。并通过热氧化法对样品进行不同温度下退火处理以探究温度对薄膜成分、形貌、光电性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,在350℃时薄膜成分全部转变为CuO,并且薄膜形貌随温度的升高表面逐渐粗糙,在350℃退火处理的玉米叶状纳米片阵列薄膜表现出最佳的光电响应性能。通过增加电压至0.8 V,保持其他实验条件不变,制备出了枫叶状的纳米片结构,并与玉米叶状纳米片进行光电性能比较,最终玉米叶状纳米片表现出更优秀的光电性能。
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