可见光响应Cu2O薄膜催化剂的化学浴沉积机理研究

项目通过调配稳定可靠的沉积液，选用化学浴沉积法低温一步直接制备结晶性好、附着力强的可见光响应氧化亚铜薄膜催化剂。项目主要研究络合剂、稳定剂、pH值、沉积温度等参数对薄膜结构、形貌及生长机制的影响规律，掌握化学浴沉积法制备高性能氧化亚铜薄膜光催化剂关键，探明薄膜沉积过程机理，提出获得成熟的化学浴沉积氧化亚铜薄膜的制备方法。深入分析化学浴沉积过程中液－固相变驱动力，为有效调控薄膜形成过程和提高沉积效率提供理论依据。研究不同衬底，如晶态、非晶态、塑料、纺织纤维等异形和（或）高温不稳定性衬底的影响，为化学浴沉积法在制备半导体薄膜光催化剂方面的广泛研究提供可能。研究氧化亚铜薄膜的可见光催化行为，探明化学浴沉积参数与催化性能之间的作用规律。项目研究成果将为半导体薄膜催化剂的制备和功能化研究奠定一定理论基础。

本项目采用低温低耗的化学浴沉积法，以葡萄糖或抗坏血酸钠为还原剂，柠檬酸三钠和氯化铵为络合剂，在碱性条件下60oC-90oC制备出结晶性良好、形貌和尺寸可控、禁带宽度可调、附着力强的氧化亚铜薄膜。影响沉积液过饱和度的因素，如络合配比、络合剂种类、溶液pH值、溶液浓度等对薄膜形成有决定性影响，选用络合能力较弱的络合剂如氨水，或络合剂用量较低（如采用柠檬酸三钠，c(TSC):c(Cu2+)<1:2），则沉积液过饱和度过大，固-液相变驱动力大，大量粉末沉淀，不能获得薄膜，而使用络合能力很强如EDTA，络合剂用量过大（如采用柠檬酸三钠，c(TSC):c(Cu2+)>2:1），沉积液过饱和度太小，甚至不饱和，驱动力小，溶液始终澄清，既无粉末也无薄膜；采用柠檬酸三钠和氯化铵双重络合剂能有效提高薄膜的沉积效率；采用葡萄糖作为还原剂不但更容易获得纯相Cu2O，同时其产物葡萄糖酸的腐蚀作用可促使Cu2O由球形转化成特殊的同质多层核壳纳米结构。Cu2O薄膜在少量H2O2（0.5%）辅助下具有良好的可见光催化降解性能，可见光照4h降解率可达95%以上；薄膜禁带宽度越窄，降解率越高；多层核壳结构有利于进一步提高降解率；所制备的薄膜具有优异的循环使用性能，光催化反应过程中Cu2O发生再结晶，准立方状的颗粒表面和间隙处被再结晶形成的不规则片状Cu2O覆盖，进一步增加薄膜光催化剂的比表面积，使得多次循环利用时降解率反而有所提高，且多次循环使用保持稳定的降解率。本项目研究成果在固-液相变过程驱动力的有效控制、材料微观形貌控制和微纳结构构筑、以及光催化应用基础方面具有一定的科学和现实意义。