Cu2O/TiO2納米復(fù)合薄膜及其制備方法技術(shù)

Cu2O/TiO2納米復(fù)合薄膜，包括導(dǎo)電玻璃基底，導(dǎo)電玻璃基底上覆有納米TiO2薄膜和納米Cu2O薄膜。其制備方法為以導(dǎo)電玻璃為基底，先采用浸漬-提拉法涂上一層TiO2膠體溶液，形成TiO2納米層，然后再采用電沉積法沉積Cu2O納米層。本發(fā)明專利技術(shù)Cu2O/TiO2納米復(fù)合薄膜，提高了能量轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)了Cu2O晶體的致密性，提高納米Cu2O/TiO2薄膜在400～570nm范圍內(nèi)可見(jiàn)光吸收率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜，還涉及這種復(fù)合薄膜的制備方法。
技術(shù)介紹
環(huán)境和能源問(wèn)題是現(xiàn)今人類所面臨的巨大難題和挑戰(zhàn)，因此對(duì)可持續(xù)的潔凈能源和高效的污染治理方式的尋求已成為世界各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。太陽(yáng)能是一種最具潛力的清潔可再生能源，因其綠色、無(wú)污染、成本低、使用方便等特點(diǎn)備受人們關(guān)注。太陽(yáng)能利用技術(shù)包括光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換兩大領(lǐng)域，其中光電轉(zhuǎn)換所涉及的光催化及太陽(yáng)能電池技術(shù)已在環(huán)境治理和能源轉(zhuǎn)化方面廣泛應(yīng)用。目前具有優(yōu)異光學(xué)性能及突出化學(xué)活性的材料主要為T(mén)iO2，它是一種能帶隙大于3.2eV的n型半導(dǎo)體，因具有化學(xué)活性穩(wěn)定、催化活性高、價(jià)格低廉、無(wú)毒安全及可直接利用太陽(yáng)能等特點(diǎn)，成為一種理想的潔凈能源生產(chǎn)材料及環(huán)境污染處理材料。但它的缺點(diǎn)是只能利用太陽(yáng)能的紫外線部分(僅占不足5%的太陽(yáng)能總能量)，使其在光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。與此同時(shí)，光生電子、空穴的復(fù)合也是制約光催化及電池性能的重要原因。因此將光吸收響應(yīng)區(qū)域擴(kuò)展到可見(jiàn)光區(qū)(能量約占45%的太陽(yáng)能總能量)、增加光生電子和空穴電子的復(fù)合時(shí)間及表面捕獲速率成為優(yōu)化光催化及電池性能的關(guān)鍵因素。Cu2O為能帶隙為1.9 2.38eV的p型半導(dǎo)體，能吸收近紫外線(可被400 500nm可見(jiàn)光激發(fā))，具有低毒、廉價(jià)、豐度大以及能帶隙可調(diào)等優(yōu)越性，特別是納米級(jí)的Cu2O具有特殊的光學(xué)、電學(xué)及光電化學(xué)性質(zhì)，在太陽(yáng)能電池、光催化、超導(dǎo)體、制氫和電致變色等方面有著潛在的應(yīng)用。目前商業(yè)化程度最高的太陽(yáng)能電池是硅基太陽(yáng)能電池，但其復(fù)雜的制備工藝及高昂的價(jià)格成本制約了進(jìn)一步的發(fā)展；雖然如CdTe類無(wú)機(jī)薄膜太陽(yáng)電池成本相對(duì)較低，但是CdTe有毒，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；而有機(jī)化合物太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性及能量轉(zhuǎn)換效率較低。Cu2O作為太陽(yáng)能電池的一種新材料，理論轉(zhuǎn)化效率可達(dá)20%，但目前為止文獻(xiàn)報(bào)道的Cu2O太陽(yáng)能電池的最高效率僅為2% (據(jù)估計(jì)只要達(dá)到5%的光電轉(zhuǎn)換效率Cu2O太陽(yáng)電池就會(huì)有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的能量轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供上述復(fù)合薄膜的制備方法。本專利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜，包括導(dǎo)電玻璃基底，導(dǎo)電玻璃基底上覆有納米TiO2薄膜和納米Cu2O薄膜。本專利技術(shù)還有如下特點(diǎn):納米TiO2薄膜的厚度為100 300nm,納米Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m。 TiO2 粒徑為 20 30nm，Cu2O 粒徑為 400 700nm。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，上述Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜的制備方法，以導(dǎo)電玻璃為基底，先采用浸潰-提拉法涂上一層TiO2膠體溶液，形成TiO2納米層，然后再采用電沉積法沉積Cu2O納米層。具體包括步驟1:以導(dǎo)電玻璃基片為基底，將導(dǎo)電玻璃基片浸入TiO2膠體溶液中，平穩(wěn)垂直勻速提拉形成TiO2薄膜，干燥后，于300°C煅燒后自然降溫至室溫。步驟2:以步驟I得到的覆有TiO2薄膜的導(dǎo)電玻璃基片為工作電極，以Pt電極為對(duì)電極，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，在含有二價(jià)銅離子的電解液中沉積Cu2O薄膜，在導(dǎo)電玻璃基片上形成Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜，自然晾干，即可。上述步驟I中，TiO2膠體溶液由曲拉通TX-100、乙酰丙酮、P25納米1102和蒸餾水制成；各組分的摩爾比為曲拉通TX-100:乙酰丙酮:P25納米TiO2:蒸餾水=1:3:19:840 ；其制備方法為將P25納米TiO2粉末放入瑪瑙研缽，依次加入乙酰丙酮和1/10總體積的蒸餾水研磨成膏體狀，最后加入剩下的蒸餾水和曲拉通TX-100繼續(xù)研磨40min。上述步驟I中，平穩(wěn)垂直勻速提拉形成TiO2薄膜為將清洗后的導(dǎo)電玻璃基片浸入TiO2膠體溶液中停留50 60s，以4 6cm/min的速度平穩(wěn)垂直勻速提拉形成TiO2濕膜，然后將TiO2濕膜在100°C條件下干燥5min ;最后將干燥的TiO2薄膜于300°C煅燒30min后自然降溫至室溫。上述步驟2中，含有二價(jià)銅離子的電解液為用蒸餾水配制，含有0.10 0.20mol/L 的 CH3C00Na、0.02 0.04mol/L 的(CH3COO)2Cu 和 0 7.0mmoI/L 的 KCl，用冰乙酸和4.0moI/L 的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 為 5.50 5.75。上述步驟2中，沉積電位為-0.075 -0.225V vs (SCE)，在30°C條件下沉積120min ;將沉積所得的Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜于無(wú)水乙醇中浸泡5min,自然晾干。本專利技術(shù)的有益效果是:1、本專利技術(shù)Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜具有較窄的禁帶寬度，400 450nm范圍內(nèi)可見(jiàn)光吸收率比Cu20/IT0薄膜提高了近10%，增大了光電轉(zhuǎn)化效率。2、本專利技術(shù)Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜的制備方法通過(guò)改變電沉積Cu2O電解液中KCl添加劑的濃度，可以達(dá)到控制Cu2O晶體形貌及粒徑大小，增強(qiáng)Cu2O晶體的致密性，提高納米Cu20/Ti02薄膜在400 570nm范圍內(nèi)可見(jiàn)光吸收率。3、本專利技術(shù)Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜的制備方法采用在固體基質(zhì)上沉積Cu2O薄膜，有利于納米顆粒的回收循環(huán)使用。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1制備的未摻雜氯化鉀的Cu20/Ti02薄膜掃描電鏡圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例2制備的氯化鉀濃度為1.0moI/L的Cu20/Ti02薄膜掃描電鏡圖；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例3制備的氯化鉀濃度為3.0mmoI/L的Cu20/Ti02薄膜掃描電鏡圖；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例4制備的氯化鉀濃度為5.0mmoI/L的Cu20/Ti02薄膜掃描電鏡圖；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例1、實(shí)施例4、實(shí)施例5、實(shí)施例6所得氯化鉀濃度及不同薄膜基底對(duì)Cu2O紫外-可見(jiàn)吸收光譜影響對(duì)比圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜，包括導(dǎo)電玻璃基底，導(dǎo)電玻璃基底上覆有納米TiO2薄膜和納米Cu2O薄膜；Ti02薄膜的厚度為100 300nm, Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m ；Ti02粒徑為20 30nm, Cu2O粒徑為400 700nm。本專利技術(shù)為Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜的制備方法，具體步驟如下:1、導(dǎo)電玻璃的清洗將導(dǎo)電玻璃基底(35mmX 15mmX 1mm)依次用丙酮、乙醇超聲清洗,最后去離子水清洗并自然晾干。2、TiO2膠體溶液的制備首先量取試劑的摩爾比為曲拉通TX-100:乙酰丙酮:P25 =H2O=I:3:19:840，然后將P25納米TiO2粉末放入瑪瑙研缽，依次加入乙酰丙酮和1/10總體積的蒸餾水研磨成膏體狀，最后分三次緩慢加入剩下蒸餾水和曲拉通TX-100繼續(xù)研磨40min，制得TiO2膠體溶液。3、TiO2薄膜的制備以導(dǎo)電玻璃為基底采用浸潰-提拉法進(jìn)行涂膜，將清洗后的導(dǎo)電玻璃基片浸入膠體溶液中停留50 60s，以4 6cm/min的速度平穩(wěn)垂直勻速提拉，然后將濕膜置于烘箱在100°C條件下干燥5min，對(duì)多層薄膜的制備，則將樣品重復(fù)提拉干燥。最后將烘干的薄膜于馬弗爐中300°C煅燒30min后自然降溫至室本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
Cu2O/TiO2納米復(fù)合薄膜，其特征在于，包括導(dǎo)電玻璃基底，導(dǎo)電玻璃基底上覆有納米TiO2薄膜和納米Cu2O薄膜。

【技術(shù)特征摘要】
1.u20/Ti02納米復(fù)合薄膜，其特征在于，包括導(dǎo)電玻璃基底，導(dǎo)電玻璃基底上覆有納米TiO2薄膜和納米Cu2O薄膜。2.按權(quán)利要求2所述的Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜,其特征在于,所述納米TiO2薄膜的厚度為100 300nm,納米Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m ；Ti02粒徑為20 30nm, Cu2O粒徑為 400 700nm。3.按權(quán)利要求1或2所述的Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜，其特征在于，所述導(dǎo)電玻璃基底為氧化銦錫透明導(dǎo)電玻璃。4.按權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，以導(dǎo)電玻璃為基底，先采用浸潰-提拉法涂上一層TiO2膠體溶液，形成TiO2納米層，然后再采用電解法沉積Cu2O納米層。5.按權(quán)利要求4所述的Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，包括 步驟1:以導(dǎo)電玻璃基片為基底，將導(dǎo)電玻璃基片浸入TiO2膠體溶液中，平穩(wěn)垂直勻速提拉形成TiO2薄膜，干燥后，于300°C煅燒后自然降溫至室溫； 步驟2:以步驟I得到的覆有TiO2薄膜的導(dǎo)電玻璃基片為工作電極，以Pt電極為對(duì)電極，以飽和甘汞電極為參比電極，在含有二價(jià)銅離子的電解液中沉積Cu2O薄膜，在導(dǎo)電玻璃基片上形成Cu2CVTiO2納米復(fù)合薄膜，自然晾干，即可。6.按權(quán)利要求5所述的Cu20/Ti02納米復(fù)合薄膜的制備方法,其特征在于,步驟I中，TiO2膠體溶液由曲拉通TX-100、乙酰丙酮、P25納米TiO2和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余曉皎，黃琳珠，張健，張阿曼，張帆，鈕金芬，姚秉華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：