Cu2O薄膜的电化学沉积及其生长机理研究

李广立（西南交通大学材料科学与工程学院， 四川 成都 610031）

Cu2O薄膜的电化学沉积及其生长机理研究

李广立
（西南交通大学材料科学与工程学院， 四川 成都 610031）

采用酸性醋酸铜体系，使用透明的FTO导电玻璃进行恒电位沉积Cu2O薄膜的实验，对Cu2O的阴极电化学过程进行了细致的研究。使用X衍射射线与场发射电子显微镜对Cu2O薄膜进行有效的扫描，分析出Cu2O薄膜的微观结构与表面形貌。通过对电沉积时间的控制，细致的研究Cu2O薄膜表面形貌发生的变化情况，最后，对Cu2O的生长机理进行讨论。

Cu2O薄膜；电化学沉积；生长机理

0 引言

在对Cu2O薄膜制备方法研究的过程中，电化学沉积法是最佳的选择对象，它可以通过低温条件下实现Cu2O的生长，而且可以通过对实验参数的控制，有效的改变薄膜的形貌、取向、厚度等。这种方法的特点是沉积的速度快，反应设备成本低，反应需求温和的条件等。

1 实验

图1是本文实验装置的示意图，采用三电极系统，使用恒电位的沉积技术进行Cu2O薄膜的制备，沉积电位是-0.25V，工作电极使用的是1×2cm2的导电玻璃FTO，对电极使用的是3×4cm2的Pt网，使用的参比电极是饱和甘共电极，电解液的温度为20摄氏度，沉积的过程中，将工作电极与对电极平行的竖直放置，保持2厘米的间距。使用0.1mol/L醋酸钠与0.02mol/L醋酸铜溶液做电解液，将醋酸溶液调节至pH≈5.5。实验结束以后，使用去离子水对薄膜进行冲洗，冲洗好后，在室温下进行干燥处理。

图1 沉积Cu2O薄膜实验装置示意图

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射（XRD）分析

图2是不同沉积时间下制备的Cu2O薄膜的XRD图谱。通过图2可以看出，沉积时间短，得到了很弱的Cu2O峰，当处于20至35度的范围的时候，基底表现出的峰最明显。沉积时间的不断延长，逐渐加强了Cu2O的衍射峰，当2θ在29.55°、36.4°、42.3°、61.4°、73.55°的位置时，都会有Cu2O的衍射峰出现，分别对应Cu2O的（110）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面，是纯相立方结构Cu2O。同时，通过图2可以得出，［200］峰的时候是最强的衍射峰，在与其他分进行对比的时候，很明显高于标准数值，特别是与［111］峰进行对比的时候，超过标准数值很多。这些因素说明了基于这种条件下，通过电化学沉积得到的Cu2O薄膜有很强的各向异性，沿着（200）的方向有很强的择优取向生长的特点。

图2 不同沉积时间所得Cu2O薄膜的XRD图谱

2.2 场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析

如图3所示，当沉积时间为2分钟的时候，形成星状的Cu2O颗粒，均匀分散在FTO的表面，尺寸在几百纳米（如图3a）。当沉积时间为5分钟的时候，Cu2O的尺寸随着时间的增长发生了变化，成为四足状（如图3b），得到的纳米颗粒是沿着星形颗粒的顶点快速生长的结果。时间在不断增长，Cu2O颗粒就会不断的成长，当时间为15分钟的时候，样品表面形貌会发生一些变化，表现出花瓣状，形成颗粒的尺寸在1至8☒m之间（如图3c）。沉积时间达到30分钟的时候，Cu2O颗粒出现了分支，并且分支开始成长，有效的将这些分支连接在一起，组成完整的个体，在FTO表面形成一层很密实的薄膜（如图3d）。

图3 不同沉积时间所得Cu2O薄膜的FESEM图

3 结语

综上所述，本次实验是采用电化学沉积方法，在酸性醋酸铜体系中进行的，实验结果得到纯的Cu2O晶粒，沿着（200）方向， Cu2O具有择优生长取向。Cu2O的成核发生在一瞬间，随时间的变化，结晶颗粒也在不断的变化。

［1］赵文燕，田传进，汪长安，谢志鹏，杨海滨，付乌有.Cu2O薄膜的电化学沉积和生长机理研究［J］.人工晶体学报，2013，（3）：452-455.

［2］宁婕妤，李云白，刘邦武，夏洋，李超波.Cu2O薄膜的制备与表征［J］.功能材料，2013，（14）：2056-2059.

［3］陈善亮，应鹏展，顾修全，张伦，王晶.Cu2O薄膜的制备及其光催化活性［J］.化工环保，2011，（5）：20-25.