一種電化學(xué)制備非晶單質(zhì)硒薄膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非晶單質(zhì)砸薄膜的電化學(xué)制備方法，采用本發(fā)明制得的非晶單質(zhì)砸薄膜在光電催化、光敏材料、光電探測(cè)器等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)前景。
【背景技術(shù)】
[0002]砸單質(zhì)為帶金屬光澤的準(zhǔn)金屬，在已知的五種砸同素異形體中，有三種具有晶體結(jié)構(gòu)，分別是:α單斜體、β單斜體和灰色三角晶，另外兩種則以非晶態(tài)固體形式存在，即紅色、黑色的兩種無(wú)定形砸。單質(zhì)砸有許多獨(dú)一無(wú)二的物理化學(xué)特性，適于在光電子和物理化學(xué)上的應(yīng)用，例如砸優(yōu)良的光電導(dǎo)性，已被用于太陽(yáng)能電池、固態(tài)光傳感器、冶金、玻璃、陶瓷、電子等眾多領(lǐng)域。其中非晶砸是一種高靈敏的光電探測(cè)材料，具有較低的熱噪聲和較寬的檢測(cè)波長(zhǎng)，檢測(cè)范圍從紫外光到可見光范圍。利用砸載流子倍增效應(yīng)制作的光電探測(cè)器靈敏度極高，此外非晶砸也被用于制備X射線平板探測(cè)器。為了滿足人類社會(huì)對(duì)能源需求，在探索新型清潔能源用材料的過程中，人們發(fā)現(xiàn)非晶砸納米薄膜具有較好的光催化活性和光電轉(zhuǎn)換性能，在能源領(lǐng)域擁有十分廣大的應(yīng)用前景。
[0003]目前晶態(tài)單質(zhì)砸薄膜的制備方法主要是水熱法、光照輔助沉積、磁控濺射法(Solid State Communicat 1ns，2008，148，145-147;Applied OrganometallieChemistry，2000，14，715-720 ;Thin Solid Films，1985，131，87_94)。水熱法制備砸單質(zhì)，由于實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)苛不適合大規(guī)模制備;光輔助沉積制備砸，能耗高，成本高，同樣無(wú)法滿足大規(guī)模制備;磁控濺射法可精確控制所沉積砸薄膜的厚度，且沉積薄膜質(zhì)量高，但是設(shè)備昂貴，制備薄膜成本高。而非晶砸薄膜常用的制備方法是真空蒸鍍法(CN201310657438;CN104823280A;CN201310627366;CN103715214A;CN201320745620)，與磁控濺射制備方法類似，該法所用設(shè)備昂貴，制備薄膜成本高。相對(duì)已有的砸單質(zhì)制備方法，電化學(xué)沉積法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，且能實(shí)現(xiàn)薄膜厚度和均勻性的可控生產(chǎn)，成本較低，屬于一種還未被開發(fā)的新型非晶砸薄膜制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種基于電化學(xué)沉積的非晶單質(zhì)砸薄膜制備方法。
[0005]本發(fā)明的內(nèi)容是:一種制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法，其特征是包括下列步驟:a)電化學(xué)沉積液的配置:電化學(xué)沉積液為含亞砸酸(H2Se03)和檸檬酸的水溶液。其中濃度范圍為1?5mmol/L的亞砸酸，和濃度范圍為0.1?lmol/L的梓檬酸。溶液配制過程為:先稱取一定量的亞砸酸(H2Se03)溶于去離子水中，待溶解之后，再稱取一定量的檸檬酸加入、溶解之后，即可制得電化學(xué)沉積混合液;b)單質(zhì)砸薄膜的電化學(xué)沉積:利用三電極沉積系統(tǒng)，以鉑網(wǎng)為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，導(dǎo)電玻璃(FT0)為工作電極，將電化學(xué)沉積混合液注入沉積槽中，采用恒電位沉積技術(shù)沉積薄膜，沉積電位的設(shè)定取值范圍為-0.5V?一0.8V(相對(duì)于飽和甘汞電極)，沉積時(shí)間為100?14400s，即可獲得非晶單質(zhì)砸薄膜。
[0006]本發(fā)明的內(nèi)容所述電化學(xué)沉積時(shí)，三電極系統(tǒng)也可替換為兩電極系統(tǒng)，即僅用鉑網(wǎng)對(duì)電極和導(dǎo)電玻璃構(gòu)成沉積系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的內(nèi)容所述電化學(xué)沉積時(shí)，采用恒電位沉積技術(shù)，沉積電位設(shè)定取值范圍為-0.5V?-0.8V(相對(duì)于飽和甘汞電極)。
[0008]本發(fā)明的內(nèi)容所述電化學(xué)沉積技術(shù)恒電位沉積技術(shù)可替換為循環(huán)伏安法，電位窗口范圍為-0.5V?-0.8V，電位掃描速度為0.01?0.3V/S，掃描圈數(shù)為10-1200圈。
[0009 ]本發(fā)明的內(nèi)容所述檸檬酸可替換0.1?lmo 1/L濃度的酒石酸。
[0010]本發(fā)明的內(nèi)容所述沉積基底導(dǎo)電玻璃可替換為金屬等其他導(dǎo)電平板材料。
[0011 ]本發(fā)明的內(nèi)容所述沉積基底導(dǎo)電玻璃可替換為導(dǎo)電的金屬板、石墨板、碳板。
[0012]本發(fā)明的內(nèi)容所述對(duì)電極鉑網(wǎng)可替換為導(dǎo)電的金屬板、石墨板、碳板。
[0013]本發(fā)明的內(nèi)容所述砸薄膜通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間可得到不同厚度的非晶砸薄膜。
[0014]本發(fā)明所涉及非晶單質(zhì)砸薄膜制備方法的特點(diǎn)是:薄膜均勻、厚度可控、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、制備條件要求較低、操作簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明制備方法制取非晶單質(zhì)砸薄膜的EDX能譜圖
[0016]圖2是本發(fā)明制備方法制取非晶單質(zhì)砸薄膜的Raman光譜
[0017]圖3是本發(fā)明制備方法制取非晶單質(zhì)砸薄膜的SEM表面圖
[0018]圖4是本發(fā)明制備方法制取非晶單質(zhì)砸薄膜的SEM側(cè)面圖
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下具體實(shí)施例是本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明不止局限于以下實(shí)施例。
[°02°] 實(shí)施例1:稱取lmmol亞砸酸(H2Se03)，0.2mol的梓檬酸溶于水溶液中，配制電化學(xué)沉積混合液。在上述沉積液中，在恒電位為-0.5V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位條件下，運(yùn)用恒電位沉積技術(shù)，沉積時(shí)間為3600s，即可沉積獲得非晶單質(zhì)砸的沉積薄膜。沉積好的薄膜在去離子水中浸泡數(shù)分鐘，除去表面的溶液離子，在室溫下進(jìn)行干燥。非晶單質(zhì)砸薄膜經(jīng)能量色散X射線光譜(EDX)，確定薄膜的元素Se的存在(圖1)，薄膜通過拉曼光譜測(cè)試確定單質(zhì)砸是非晶砸(圖2)，并且隨著沉積時(shí)間的改變會(huì)沉積出不同厚度的非晶砸薄膜(圖3、4)。[0021 ] 實(shí)施例2:稱取lmmol亞砸酸(H2Se03)，0.2mol的梓檬酸溶于水溶液中，配制電化學(xué)沉積混合液。在上述沉積液中，在恒電位為-0.6V(相對(duì)于飽和甘汞電極)的電位條件下，運(yùn)用恒電位沉積技術(shù)，沉積時(shí)間為10800s，即可沉積獲得非晶單質(zhì)砸的沉積薄膜。沉積好的薄膜在去離子水中浸泡數(shù)分鐘，除去表面的溶液離子，在室溫下進(jìn)行干燥。沉積得到的非晶單質(zhì)砸薄膜厚度更厚，沉積薄膜的顏色加深。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法，其特征是包括下列步驟:a)電化學(xué)沉積液的配置:電化學(xué)沉積液為含亞砸酸(H2Se03)和檸檬酸的水溶液。其中濃度范圍為l-5mmo 1/L的亞砸酸，濃度范圍為0.1-lmo 1/L的檸檬酸。溶液配制過程為:先稱取一定量的亞砸酸(H2Se03)溶于去離子水中，待溶解之后，再稱取一定量的檸檬酸加入、溶解之后，即可制得電化學(xué)沉積混合液;b)單質(zhì)砸薄膜的電化學(xué)沉積:利用三電極系統(tǒng)，以鉑網(wǎng)為對(duì)電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，導(dǎo)電玻璃(FTO)為工作電極，將電化學(xué)沉積混合液注入石英沉積槽中，采用恒電位沉積技術(shù)，沉積電位的設(shè)定取值范圍為-0.5V?一0.8V(相對(duì)于飽和甘汞電極)，沉積時(shí)間為100?14400s，即可獲得非晶單質(zhì)砸薄膜。2.按權(quán)利要求1制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述的鉑網(wǎng)與導(dǎo)電玻璃正對(duì)，間距3-5cm。3.按權(quán)利要求1制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述三電極系統(tǒng)也可替換為兩電極系統(tǒng)，即僅用鉑網(wǎng)對(duì)電極和導(dǎo)電玻璃構(gòu)成沉積系統(tǒng)。4.按權(quán)利要求1，2，3制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述電化學(xué)沉積時(shí)，采用恒電位沉積技術(shù)，沉積電位設(shè)定取值范圍為-0.5V?-0.8V(相對(duì)于飽和甘汞電極)。5.按權(quán)利要求1,2,3,4制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述電化學(xué)沉積技術(shù)恒電位沉積技術(shù)可替換為循環(huán)伏安法，電位窗口范圍為-0.5V?-0.8V，電位掃描速度為0.01?0.3V/S，掃描圈數(shù)為10-1200圈。6.按權(quán)利要求1，2，3，4，5制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述檸檬酸可替換為0.1-lmol/L濃度的酒石酸。7.按權(quán)利要求1，2，3，4，5，6制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述沉積基底導(dǎo)電玻璃可替換為導(dǎo)電的金屬板、石墨板、碳板。8.按權(quán)利要求1，2，3，4，5，6，7制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述對(duì)電極鉑網(wǎng)可替換導(dǎo)電的金屬板、石墨板、碳板。9.按權(quán)利要求1，2，3，4，5，6，7，8制備非晶單質(zhì)砸薄膜的方法所述通過調(diào)節(jié)沉積時(shí)間可得到不同厚度的非晶砸薄膜。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種非晶單質(zhì)硒薄膜的電化學(xué)制備方法，其特征在于：以亞硒酸(H2SeO3)為硒源，與檸檬酸水溶液形成含硒電化學(xué)沉積液；以導(dǎo)電玻璃為薄膜沉積基底，在上述電化學(xué)沉積液中利用電化學(xué)方法(恒電位技術(shù))，沉積電位變動(dòng)范圍為-0.5V～-0.8V(相對(duì)于飽和甘汞電極)，沉積時(shí)間為100～14400s，沉積制備好的非晶單質(zhì)硒薄膜在去離子水中浸泡數(shù)分鐘，除去表面的溶液離子，在室溫下進(jìn)行干燥，即可獲得非晶單質(zhì)硒薄膜。本發(fā)明方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、所制薄膜均勻、厚度可控，有利于實(shí)驗(yàn)的后續(xù)相關(guān)材料的測(cè)試及表征。本發(fā)明主要應(yīng)用于非晶單質(zhì)硒薄膜的制備。
【IPC分類】C25D3/02, C25D9/04, C25D5/54
【公開號(hào)】CN105420779
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510873548
【發(fā)明人】張騫, 李偉, 周瑩, 淡猛, 李志光, 陳嚴(yán)義, 于珊, 王芳
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日