Cu2O/TiO2纳米复合薄膜及其制备方法技术

Cu2O/TiO2纳米复合薄膜，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO2薄膜和纳米Cu2O薄膜。其制备方法为以导电玻璃为基底，先采用浸渍-提拉法涂上一层TiO2胶体溶液，形成TiO2纳米层，然后再采用电沉积法沉积Cu2O纳米层。本发明专利技术Cu2O/TiO2纳米复合薄膜，提高了能量转换效率，增强了Cu2O晶体的致密性，提高纳米Cu2O/TiO2薄膜在400～570nm范围内可见光吸收率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境科学领域，具体涉及一种Cu2CVTiO2纳米复合薄膜，还涉及这种复合薄膜的制备方法。
技术介绍
环境和能源问题是现今人类所面临的巨大难题和挑战，因此对可持续的洁净能源和高效的污染治理方式的寻求已成为世界各国竞相研究的热点。太阳能是一种最具潜力的清洁可再生能源，因其绿色、无污染、成本低、使用方便等特点备受人们关注。太阳能利用技术包括光电转换和光热转换两大领域，其中光电转换所涉及的光催化及太阳能电池技术已在环境治理和能源转化方面广泛应用。目前具有优异光学性能及突出化学活性的材料主要为TiO2，它是一种能带隙大于3.2eV的n型半导体，因具有化学活性稳定、催化活性高、价格低廉、无毒安全及可直接利用太阳能等特点，成为一种理想的洁净能源生产材料及环境污染处理材料。但它的缺点是只能利用太阳能的紫外线部分(仅占不足5%的太阳能总能量)，使其在光电转换领域的应用受到了限制。与此同时，光生电子、空穴的复合也是制约光催化及电池性能的重要原因。因此将光吸收响应区域扩展到可见光区(能量约占45%的太阳能总能量)、增加光生电子和空穴电子的复合时间及表面捕获速率成为优化光催化及电池性能的关键因素。Cu2O为能带隙为1.9 2.38eV的p型半导体，能吸收近紫外线(可被400 500nm可见光激发)，具有低毒、廉价、丰度大以及能带隙可调等优越性，特别是纳米级的Cu2O具有特殊的光学、电学及光电化学性质，在太阳能电池、光催化、超导体、制氢和电致变色等方面有着潜在的应用。目前商业化程度最高的太阳能电池是硅基太阳能电池，但其复杂的制备工艺及高昂的价格成本制约了进一步的发展；虽然如CdTe类无机薄膜太阳电池成本相对较低，但是CdTe有毒，会对环境产生污染；而有机化合物太阳能电池的稳定性及能量转换效率较低。Cu2O作为太阳能电池的一种新材料，理论转化效率可达20%，但目前为止文献报道的Cu2O太阳能电池的最高效率仅为2% (据估计只要达到5%的光电转换效率Cu2O太阳电池就会有较高经济价值)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Cu20/Ti02纳米复合薄膜，以解决现有技术存在的能量转换效率低的问题。本专利技术的另一个目的是提供上述复合薄膜的制备方法。本专利技术的目的是这样实现的，Cu20/Ti02纳米复合薄膜，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO2薄膜和纳米Cu2O薄膜。本专利技术还有如下特点:纳米TiO2薄膜的厚度为100 300nm,纳米Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m。 TiO2 粒径为 20 30nm，Cu2O 粒径为 400 700nm。本专利技术的另一个目的是这样实现的，上述Cu2CVTiO2纳米复合薄膜的制备方法，以导电玻璃为基底，先采用浸溃-提拉法涂上一层TiO2胶体溶液，形成TiO2纳米层，然后再采用电沉积法沉积Cu2O纳米层。具体包括步骤1:以导电玻璃基片为基底，将导电玻璃基片浸入TiO2胶体溶液中，平稳垂直匀速提拉形成TiO2薄膜，干燥后，于300°C煅烧后自然降温至室温。步骤2:以步骤I得到的覆有TiO2薄膜的导电玻璃基片为工作电极，以Pt电极为对电极，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，在含有二价铜离子的电解液中沉积Cu2O薄膜，在导电玻璃基片上形成Cu2CVTiO2纳米复合薄膜，自然晾干，即可。上述步骤I中，TiO2胶体溶液由曲拉通TX-100、乙酰丙酮、P25纳米1102和蒸馏水制成；各组分的摩尔比为曲拉通TX-100:乙酰丙酮:P25纳米TiO2:蒸馏水=1:3:19:840 ；其制备方法为将P25纳米TiO2粉末放入玛瑙研钵，依次加入乙酰丙酮和1/10总体积的蒸馏水研磨成膏体状，最后加入剩下的蒸馏水和曲拉通TX-100继续研磨40min。上述步骤I中，平稳垂直匀速提拉形成TiO2薄膜为将清洗后的导电玻璃基片浸入TiO2胶体溶液中停留50 60s，以4 6cm/min的速度平稳垂直匀速提拉形成TiO2湿膜，然后将TiO2湿膜在100°C条件下干燥5min ;最后将干燥的TiO2薄膜于300°C煅烧30min后自然降温至室温。上述步骤2中，含有二价铜离子的电解液为用蒸馏水配制，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 溶液调节 pH 为 5.50 5.75。上述步骤2中，沉积电位为-0.075 -0.225V vs (SCE)，在30°C条件下沉积120min ;将沉积所得的Cu20/Ti02纳米复合薄膜于无水乙醇中浸泡5min,自然晾干。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术Cu20/Ti02纳米复合薄膜具有较窄的禁带宽度，400 450nm范围内可见光吸收率比Cu20/IT0薄膜提高了近10%，增大了光电转化效率。2、本专利技术Cu20/Ti02纳米复合薄膜的制备方法通过改变电沉积Cu2O电解液中KCl添加剂的浓度，可以达到控制Cu2O晶体形貌及粒径大小，增强Cu2O晶体的致密性，提高纳米Cu20/Ti02薄膜在400 570nm范围内可见光吸收率。3、本专利技术Cu2CVTiO2纳米复合薄膜的制备方法采用在固体基质上沉积Cu2O薄膜，有利于纳米颗粒的回收循环使用。附图说明图1是本专利技术实施例1制备的未掺杂氯化钾的Cu20/Ti02薄膜扫描电镜图；图2是本专利技术实施例2制备的氯化钾浓度为1.0moI/L的Cu20/Ti02薄膜扫描电镜图；图3为本专利技术实施例3制备的氯化钾浓度为3.0mmoI/L的Cu20/Ti02薄膜扫描电镜图；图4为本专利技术实施例4制备的氯化钾浓度为5.0mmoI/L的Cu20/Ti02薄膜扫描电镜图；图5为本专利技术实施例1、实施例4、实施例5、实施例6所得氯化钾浓度及不同薄膜基底对Cu2O紫外-可见吸收光谱影响对比图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。Cu20/Ti02纳米复合薄膜，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO2薄膜和纳米Cu2O薄膜；Ti02薄膜的厚度为100 300nm, Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m ；Ti02粒径为20 30nm, Cu2O粒径为400 700nm。本专利技术为Cu20/Ti02纳米复合薄膜的制备方法，具体步骤如下:1、导电玻璃的清洗将导电玻璃基底(35mmX 15mmX 1mm)依次用丙酮、乙醇超声清洗,最后去离子水清洗并自然晾干。2、TiO2胶体溶液的制备首先量取试剂的摩尔比为曲拉通TX-100:乙酰丙酮:P25 =H2O=I:3:19:840，然后将P25纳米TiO2粉末放入玛瑙研钵，依次加入乙酰丙酮和1/10总体积的蒸馏水研磨成膏体状，最后分三次缓慢加入剩下蒸馏水和曲拉通TX-100继续研磨40min，制得TiO2胶体溶液。3、TiO2薄膜的制备以导电玻璃为基底采用浸溃-提拉法进行涂膜，将清洗后的导电玻璃基片浸入胶体溶液中停留50 60s，以4 6cm/min的速度平稳垂直匀速提拉，然后将湿膜置于烘箱在100°C条件下干燥5min，对多层薄膜的制备，则将样品重复提拉干燥。最后将烘干的薄膜于马弗炉中300°C煅烧30min后自然降温至室本文档来自技高网...

【技术保护点】
Cu2O/TiO2纳米复合薄膜，其特征在于，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO2薄膜和纳米Cu2O薄膜。

【技术特征摘要】
1.u20/Ti02纳米复合薄膜，其特征在于，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO2薄膜和纳米Cu2O薄膜。2.按权利要求2所述的Cu20/Ti02纳米复合薄膜,其特征在于,所述纳米TiO2薄膜的厚度为100 300nm,纳米Cu2O薄膜的厚度1.0 2.0 y m ；Ti02粒径为20 30nm, Cu2O粒径为 400 700nm。3.按权利要求1或2所述的Cu2CVTiO2纳米复合薄膜，其特征在于，所述导电玻璃基底为氧化铟锡透明导电玻璃。4.按权利要求1-3任一项所述的Cu2CVTiO2纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，以导电玻璃为基底，先采用浸溃-提拉法涂上一层TiO2胶体溶液，形成TiO2纳米层，然后再采用电解法沉积Cu2O纳米层。5.按权利要求4所述的Cu2CVTiO2纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括 步骤1:以导电玻璃基片为基底，将导电玻璃基片浸入TiO2胶体溶液中，平稳垂直匀速提拉形成TiO2薄膜，干燥后，于300°C煅烧后自然降温至室温； 步骤2:以步骤I得到的覆有TiO2薄膜的导电玻璃基片为工作电极，以Pt电极为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极，在含有二价铜离子的电解液中沉积Cu2O薄膜，在导电玻璃基片上形成Cu2CVTiO2纳米复合薄膜，自然晾干，即可。6.按权利要求5所述的Cu20/Ti02纳米复合薄膜的制备方法,其特征在于,步骤I中，TiO2胶体溶液由曲拉通TX-100、乙酰丙酮、P25纳米TiO2和...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晓皎，黄琳珠，张健，张阿曼，张帆，钮金芬，姚秉华，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：