一种Cu2O纳米阵列的制备方法

摘要

本发明公开了一种Cu2O纳米阵列的制备方法。将8.8 mmol/L~0.115 mol/L NH4F溶液、7.54 mol/L~7.99 mol/L甘油水溶液与0.027 mmol/L~0.295 mmol/L十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液;以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在15 V~35 V的阳极氧化电压下氧化2~18分钟，即在Cu片上获得Cu2O纳米阵列。其光电压达到0.0801～0.2693 V。本发明制备工艺简单、周期短，通过改变工艺条件能有效地控制样品Cu2O纳米阵列的厚度及其光电性能。

权利要求

1.一种Cu2O纳米阵列的制备方法，其特征在于具体步骤为：

将含有8.8 mmol/L ～ 0.115 mol/L的NH4F溶液、7.54 mol/L ～ 7.99 mol/L的甘油水溶液与0.027 mmol/L ～ 0.295 mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液的混合溶液作为电解液；以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在15 V～35 V的阳极氧化电压下氧化2 ～18分钟，即在Cu片上获得光电压达到0.0801 V～0.2693 V的Cu2O纳米阵列。

说明书

一种Cu2O纳米阵列的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种Cu2O纳米阵列的制备方法。

背景技术

[0002] Cu2O是铜的一价氧化物，通常为砖红色粉末，立方晶系。在酸性的条件下容易发生歧化反应生成铜单质和二价的铜离子。Cu2O具有低毒、廉价、容易制备、吸收可见光以及能带可调的优越性，在太阳能的转换方面表现出巨大的潜在应用价值。此外Cu2O还可用于制备船底防污漆、着色剂、储磁器、电极材料。氧化亚铜能带隙在2.2eV左右，其晶体对空穴的导通性比较好，所以在太阳光的照射下，氧化亚铜能产生光生载流子，易被可见光激发，是一种良好的无机氧化物半导体材料。在理论上，氧化亚铜的光电转化效率可以达到20%。随着太阳能电池的发展，Cu2O纳米材料和Cu2O复合材料更加引起人们关注。氧化亚铜常用的制备工艺参数对制备的薄膜材料的结构和性能有重要的影响。目前制备Cu2O的方法有：真空蒸发法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、磁控溅射法和热氧化法等。虽然真空蒸发法制备纳米Cu2O薄膜纯度较高，但所需技术设备要求较高；化学气相沉积法制备纳米Cu2O所需的反应设备昂贵且反应参数需要精确控制；在溶胶-凝胶法制备过程中，溶胶容易团聚，工艺参数不容易控制；磁控溅射法虽然方法简单，但是这种高能沉积方法容易对已生成的薄膜表面造成损失，薄膜的均匀性差；热氧化法制备纳米氧化亚铜，反应需在高温下进行，不易达到。本发明采用的阳极氧化法制备Cu2O纳米阵列尚未见报道。该方法具有工艺参数容易控制、反应条件温和、能制备出排列有序、密度较高和光电性能良好的Cu2O纳米阵列。通过改变工艺条件可有效地控制样品阵列的厚度。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种阳极氧化法制备Cu2O纳米阵列的方法。

[0004] 本发明具体步骤为：

[0005] 将8.8 mmol/L~0.115 mol/L NH4F溶液、7.54 mol/L~7.99 mol/L甘油水溶液与0.027 mmol/L 0.295 mmol/L十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液混合均匀，配制成弱酸性~
电解液;以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在15 V 35 V的阳极氧化电压下氧化2  18分钟，即在~ ~
Cu片上获得Cu2O纳米阵列。其光电压达到0.0801～0.2693 V。

[0006] 本发明与其他相关技术相比，本法制备Cu2O纳米阵列最显著的特点是利用NH4F的弱酸性和甘油具有润滑性，使Cu2O纳米阵列更加光滑平整有序。而这种形貌的Cu2O薄膜也更加有利于载流子的定向传输，使其具有更高的光电压值。另外，此方法的沉积过程在室温下就可以进行，具有生产周期短、操作简单安全、产物的组成、结晶状况、薄膜厚度及其它性质可方便调控等特点。

具体实施方式

[0007] 实施例1：

[0008] 将8.8 mmol/L NH4F溶液、7.54 mol/L甘油水溶液与0.228 mmol/L CTAB溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液。以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在20 V的阳极氧化电压下氧化2分钟，反应过程中始终使电解液处于匀速磁力搅拌状态下。取出Cu片，在Cu片上即获得Cu2O纳米阵列。测试其光电压达到0.0801 V。

[0009] 实施例2：

[0010] 将0.035 mol/L NH4F溶液、7.80 mol/L甘油水溶液与0.027 mmol/L CTAB溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液。以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在15 V的阳极氧化电压下氧化14分钟，反应过程中始终使电解液处于匀速磁力搅拌状态下。取出Cu片，在Cu片上即获得Cu2O纳米阵列。测试其光电压达到0.1732 V。

[0011] 实施例3：

[0012] 将0.062 mol/L NH4F溶液、7.93 mol/L甘油水溶液与0.027 mmol/L CTAB溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液。以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在25 V的阳极氧化电压下氧化10分钟，反应过程中始终使电解液处于匀速磁力搅拌状态下。取出Cu片，在Cu片上即获得Cu2O纳米阵列。测试其光电压达到0.2693 V。

[0013] 实施例4：

[0014] 将0.115 mol/L NH4F溶液、7.99 mol/L甘油水溶液与0.094 mmol/L CTAB溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液。以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在35 V的阳极氧化电压下氧化18分钟，反应过程中始终使电解液处于匀速磁力搅拌状态下。取出Cu片，在Cu片上即获得Cu2O纳米阵列。测试其光电压达到0.1944 V。

[0015] 实施例5：

[0016] 将0.088 mol/L NH4F溶液、7.54 mol/L甘油水溶液与0.295 mmol/L CTAB溶液混合均匀，配制成弱酸性电解液。以Cu片作阳极，Pt片作阴极，在30 V的阳极氧化电压下氧化6分钟，反应过程中始终使电解液处于匀速磁力搅拌状态下。取出Cu片，在Cu片上即获得Cu2O纳米阵列。测试其光电压达到0.1227 V。