一种花瓣状氧化亚铜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于半导体材料合成的技术领域，公开了一种花瓣状氧化亚铜及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种以光催化燃料电池驱动还原沉积氧化亚铜的方法，以纳米TiO2作光催化剂，葡萄糖作燃料，醋酸铜作铜源，TiO2修饰导电玻璃作阳极，导电玻璃作阴极，构建紫外光激发光催化燃料电池，同时实现了花瓣状氧化亚铜在导电玻璃上的沉积及光和化学能到电能的双重转换。本发明专利技术所提供的沉积方法操作简单，成本低廉，能量利用率高，无毒环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体材料沉积技术，具体涉及一种花瓣状氧化亚铜及其制备方法和应用。
技术介绍
能源短缺与环境污染是未来人类发展面临的两个主要的问题。太阳能由于具有资源丰富、能量高、清洁无污染等特点，备受人们的青睐，因此太阳能半导体材料近年来成为研究的热点。氧化亚铜是一种p型半导体，禁带宽度为2.1eV，其最大的优点是可以吸收太阳光中的可见光激发出光生电子-空穴对，已被应用于太阳能电池材料、光催化降解有机污染物和防污涂料等领域。目前沉积氧化亚铜的方法主要有电化学沉积法、化学气相沉积法、溅射法、湿化学方法、光化学合成法、溶胶凝胶法等。其中湿化学方法、光化学合成法、溶胶凝胶法通常通过还原分离得到氧化亚铜固体，电化学沉积法、化学气相沉积法、溅射法可以实现氧化亚铜在导电基体上的沉积，沉积的氧化亚铜具有附着力强、不易脱落、分布均匀、厚度可控等优点，但是这些方法操作复杂，需要消耗大量的电能或热能及专用的仪器设备。针对以上方法的不足，希望发展一种操作简便、可控、耗能小、无毒环保的方法实现氧化亚铜的沉积。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种花瓣状氧化亚铜的制备方法；该方法是利用紫外光源辐射下葡萄糖的光催化氧化提供电子源实现醋酸铜在导电基体上的沉积方法。本专利技术的另一个目的在于提供上述制备方法得到的花瓣状氧化亚铜。本专利技术的还在于提供上述花瓣状氧化亚铜的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，包括以下操作步骤：(1)通过提拉法在ITO上沉积一层TiO2薄膜，然后恒温干燥制作TiO2/ITO电极；(2)以步骤(1)所得TiO2/ITO电极作为阳极、以导电基体作为阴极，分别与电化学工作站的2个电极接头连接；在阳极池中加入亚硫酸钠溶液作电解质溶液、加入葡萄糖作燃料，在阴极池中加入醋酸铜溶液，构建成光催化燃料电池；然后在紫外光照射下沉积得到花瓣状氧化亚铜。步骤(1)所述制作TiO2/ITO电极具体是通过在P25二氧化钛乙醇溶胶中浸泡提拉制作TiO2/ITO电极。步骤(1)所述恒温干燥是在35～45℃条件下进行干燥。步骤(2)所述TiO2/ITO电极是作为光阳极。步骤(2)所述亚硫酸钠溶液的浓度为0.01～1mol/L，pH值为11～14。步骤(2)所述葡萄糖在阳极池电解质溶液中的浓度为0.001～4mol/L。步骤(2)所述阴极池中醋酸铜溶液的浓度为0.001～0.4mol/L。步骤(2)所述阳极池和阴极池之间用饱和氯化钾盐桥连接。上述制备方法制备得到的花瓣状氧化亚铜。上述花瓣状氧化亚铜在太阳能电池制备、光催化降解污染物及制氢领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术提供的沉积方法操作简单，成本低廉，能量利用率高，无毒环保，可以通过控制反应的PH值、时间、温度、溶度来控制氧化亚铜的形貌，合成的氧化亚铜具有高吸收系数以及能量转换效率高的优点，对于析氢有一定的促进作用。附图说明图1是本专利技术实施例2中构建的光催化燃料电池在沉积氧化亚铜时光电流随时间的变化曲线。图2是本专利技术实施例2中构建的光催化燃料电池在导电玻璃上所沉积的氧化亚铜的SEM(扫描电子显微镜)图。图3是本专利技术实施例2构建的光催化燃料电池在黑暗中(曲线1)与光照下(曲线2)电流密度随电池电压的变化曲线。图4是本专利技术实施例2构建的光催化燃料电池在黑暗中(曲线1)与光照下(曲线2)功率密度随电池电压的变化曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。根据本专利技术设计目的，同类物质的简单替代以及尺寸形状的变化，例如改变本专利技术沉积的时间，改变电极外观(如改为正方形或其它形状)，简单改变葡萄糖用量或者溶液的pH值等均应属于本专利技术的范围；下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为本
现有的常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例1光催化燃料电池的构建本实施例的TiO2/ITO电极，通过以下方法制备得到：(1)称取30mgP25二氧化钛在2mL乙醇中超声分散一小时，取1mL分散液用提拉法得到TiO2/ITO电极；(3)将TiO2/ITO电极放入烘箱中在35～45℃条件下恒温干燥得到TiO2/ITO电极。本实施例的光电化学燃料电池的构建，具体操作步骤如下：以上述制备的TiO2/ITO电极做阳极，ITO电极做阴极，分别与工作站的工作电极接线头和参比电极接线头连接；阳极池中加入0.1mol/L的亚硫酸钠溶液(电解质溶液pH值为11-14)，加入葡萄糖(燃料)使其浓度为1.0mol/L；再在阴极池中加入0.1mol/L的醋酸铜溶液(铜源)，两池之间用饱和氯化钾盐桥连接，在紫外灯照射下构建形成光催化燃料电池。实施例2光催化燃料电池驱动还原沉积氧化亚铜阐明实施例1构建的光催化燃料电池中TiO2/ITO电极与ITO电极沉积氧化亚铜的电流过程，具体操作步骤如下：(1)以实施例1制备的TiO2/ITO电极做阳极，ITO电极做阴极，分别与工作站的工作电极接线头和参比电极接线头连接；往阳极池中加入1.5mL浓度为0.1mol、pH值为12的亚硫酸钠溶液，加入葡萄糖(燃料)使其浓度为1.0mol/L；再在阴极池中加入5mL，0.1mol/L的乙酸铜溶液，用恒温水浴保持阳极池中的溶液为25℃，沉积时间为9000s；(2)利用电化学工作站测量9000s光照的光电流，结果如图1所示；由图1可以看出随着光照时间的增加光电流逐渐增加，光照到达一定时间后光电流趋于平稳。图2为在紫外光照下ITO上沉积的氧化亚铜的SEM图，可以看出单个的氧化亚铜晶体呈现花瓣的形状，花瓣由上面3块以及下面6块组成。实施例3光催化燃料电池中紫外光辐射和燃料对氧化亚铜沉积的作用对实施例1构建的光催化燃料电池性能的测试，具体操作步骤如下：分别测量黑暗与光照条件下的电流与功率图，调节连接在光催化燃料电池的阳极和阴极间电阻箱的电阻值，测量计算光催化燃料电池的电流密度和功率密度随电压的变化曲线，结果如图3和4所示。在黑暗的条件下实施例1构建的光电催化燃料电池中燃料电池的短路光电流密度为250.6μA·cm-2，在0.3V下的最大功率密度为26.2μW·cm-2，在紫外光照射下，实施例1构建的光催化燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)通过提拉法在ITO上沉积一层TiO2薄膜，然后恒温干燥制作TiO2/ITO电极；(2)以步骤(1)所得TiO2/ITO电极作为阳极、以导电基体作为阴极，分别与电化学工作站的2个电极接头连接；在阳极池中加入亚硫酸钠溶液作电解质溶液、加入葡萄糖作燃料，在阴极池中加入醋酸铜溶液，构建成光催化燃料电池；然后在紫外光照射下沉积得到花瓣状氧化亚铜。

【技术特征摘要】
1.一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)通过提拉法在ITO上沉积一层TiO2薄膜，然后恒温干燥制作TiO2/ITO
电极；
(2)以步骤(1)所得TiO2/ITO电极作为阳极、以导电基体作为阴极，分
别与电化学工作站的2个电极接头连接；在阳极池中加入亚硫酸钠溶液作电解
质溶液、加入葡萄糖作燃料，在阴极池中加入醋酸铜溶液，构建成光催化燃料
电池；然后在紫外光照射下沉积得到花瓣状氧化亚铜。
2.根据权利要求1所述的一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述制作TiO2/ITO电极具体是通过在P25二氧化钛乙醇溶胶中浸泡提
拉制作TiO2/ITO电极。
3.根据权利要求1所述的一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，其特征在于：
步骤(1)所述恒温干燥是在35～45℃条件下进行干燥。
4.根据权利要求1所述的一种花瓣状氧化亚铜的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明高，梁兴煇，赵倩雯，李红，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44