王蓉（成都信息工程大學(xué)銀杏酒店管理學(xué)院，四川成都611743）

氧化亞銅的制備方法及其在光電轉(zhuǎn)換與光催化方面的應(yīng)用研究

王蓉（成都信息工程大學(xué)銀杏酒店管理學(xué)院，四川成都611743）

氧化亞銅是一種典型的P型半導(dǎo)體，具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換與光催化性能，其制備方法多種多樣，在P-N結(jié)太陽能電池以及光催化降解污染物方面有著重要的應(yīng)用。

氧化亞銅（Cu2O）;光電轉(zhuǎn)換;光催化

氧化亞銅，分子式為Cu2O，英文Cuprous Oxide，Cu2O的研究熱潮最早可追溯到1920年由Grondhal等成功發(fā)明的Cu2O整流器，由此人們開始注意到Cu2O作為半導(dǎo)體所具有的優(yōu)異的光催化以及光電性能，至今由于Cu2O制備方法多樣、原材料來源豐富、性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛等各個(gè)有點(diǎn)，其仍然是研究熱潮之一。

1 氧化亞銅的制備方法

目前制備氧化亞銅薄膜的方法非常多，主要有磁控濺射法，氣相沉積法，熱氧化法，溶液凝膠法和電化學(xué)沉積法。

1.1 磁控濺射法

屬于輝光放電范疇的磁控濺射法，主要利用陰極濺射原理在基片上沉積薄膜，即稀薄砌體在異常輝光放電中產(chǎn)生的等離子體在電場的作用下，通過轟擊陰極靶材表面，從而得到濺射出來的粒子，這些粒子在最初的動(dòng)能作用下，沿固定方向運(yùn)動(dòng)，最終沉積在基體表面，形成薄膜鍍層。

磁控濺射法又分為直流濺射與射頻濺射兩種，直流濺射法是指在陽極與陰極，即基底和靶材之間加一個(gè)直流電壓，由于此種方法中氬離子可以在電場作用下得到更高能量從而對(duì)靶材進(jìn)行更有力的轟擊，所以濺射效率高，速率快，所得Cu2O薄膜結(jié)晶度好，膜層致密。

1.2 熱氧化法

熱氧化法是利用Cu在一定溫度下被氧化成為Cu2O的基本化學(xué)性質(zhì)，將Cu片或沉積有Cu的基片放置在空氣中或氧氣環(huán)境中，加熱到1050℃，生成Cu2O。熱氧化法制備起來簡單，但需要嚴(yán)格控制溫度的情況下才可以得到純度較高的Cu2O，溫度對(duì)生成的Cu2O純度以及形貌有非常重要的影響。

1.3 氣相沉積法

氣相沉積法（CVD）是一種將基底置于在不同的氣體氣氛中，在基底表面發(fā)生氣相外延從而形成薄膜材料的薄膜材料制備方法。這種方法可以制得純度高、結(jié)晶度好、晶粒尺寸小、分散性好的薄膜，同時(shí)成本也較低，所以這是一種常用薄膜制備方法。其中金屬有機(jī)化合物氣象沉積法(MOCVD)是利用金屬鹽在加熱的基底上進(jìn)行薄膜氣象外延生長的一種薄膜制備方法，與前者對(duì)比，MOCVD具有可以精確控制薄膜的厚度、組分和界面的優(yōu)點(diǎn)，但是MOCVD生產(chǎn)設(shè)備昂貴，制備過程中參數(shù)需要嚴(yán)格控制，所以在工業(yè)中批量化大面積生產(chǎn)薄膜較為可行。

1.4 溶液凝膠法

溶液凝膠法指的是利用前驅(qū)體在液相中進(jìn)行水解、縮合反應(yīng)，由此得到穩(wěn)定的溶膠體系，由溶膠體系經(jīng)過陳化生成凝膠，最后通過干燥、燒結(jié)制備得到薄膜材料，一般選擇含高化學(xué)活性的化合物作為前驅(qū)體材料。溶液凝膠法具有成本低、工藝簡單易操作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在制備的粉末材料容易摻雜雜質(zhì)物質(zhì)，并且最終所得粉末材料結(jié)晶度不高的缺點(diǎn)。

1.5 電化學(xué)沉積法

電沉積制備薄膜材料的方法是利用電化學(xué)原理，在陰極與陽極上發(fā)生一系列氧化還原的方法。電化學(xué)沉積法中通過使用的電極體系由工作電極、參比電極和對(duì)電極三電極體系，參比電極一般為Ag/AgCl電級(jí)，對(duì)電極可以選用鉑電極或者鉑片，工作電極可使用導(dǎo)電玻璃如ITO、FTO等。電化學(xué)沉積方法設(shè)備簡單，通過控制實(shí)驗(yàn)過程中的電流、電壓、溶液溫度、等參數(shù)，可以得到不同形貌的Cu2O薄膜，并且電沉積法沉積速度快，效率高，所得薄膜均勻致密、純度高、結(jié)晶度好，因此，電化學(xué)沉積法也是目前最為常用的一種薄膜制備方法。

2 氧化亞銅的性能以及應(yīng)用情況

2.1 Cu2O的光電轉(zhuǎn)換特性及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀

Cu2O是一種典型的P型半導(dǎo)體，禁帶寬度為2.17eV，在受到可見光(波長為563nm)照射和激發(fā)后（可見光波長范圍為390-780nm），能夠產(chǎn)生較多的電子-空穴轉(zhuǎn)換對(duì)，具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換性能，其理論最高轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到18%，因此Cu2O作為一種異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的結(jié)材料，但由于Cu2O的n型摻雜較為困難，所以目前轉(zhuǎn)換率偏低。

2.2 Cu2O的光催化性能及其應(yīng)用研究現(xiàn)狀

Cu2O不僅適合用于制備異質(zhì)結(jié)，也適合于被應(yīng)用于光催化方面。Cu2O在受到光照射下，產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)，其中價(jià)帶空穴可以氧化吸附物，而導(dǎo)帶電子可以還原吸附物，由此，在通常的水和空氣體系中，在光的照射下，Cu2O可以將表面吸附的H2O通過空穴與電子的氧化還原反應(yīng)，得到H+和OH-活性產(chǎn)物，通過這一作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污水進(jìn)行催化降解。經(jīng)研究證實(shí)，Cu2O受光激發(fā)后，產(chǎn)生的空穴多余電子，所以其在光催化降解過程中的氧化作用比還原作用更為出色。但由于Cu2O受到可見光照射后，量子效率不高，所以導(dǎo)致于Cu2O光催化降解活性有待改善和提高。

2.3 Cu2O其他特性及應(yīng)用

無機(jī)化工方面：由于可以對(duì)海水中的毒料和部分基料進(jìn)行降解，所以Cu2O在工業(yè)上被大量應(yīng)用于船舶的防污涂料中。

熱催化分解方面：當(dāng)Cu2O被制備成納米級(jí)數(shù)時(shí)，可以明顯的催化高氯酸銨和三次甲基三硝基胺的熱分解反應(yīng)，故而在火箭推進(jìn)劑中廣泛使用。

綜上所述，關(guān)于Cu2O的研究已經(jīng)做了非常多，在當(dāng)前環(huán)境污染與破壞、能源緊缺的大環(huán)境下，由于其表現(xiàn)出的優(yōu)異的光電性能和光催化性能，以及目前發(fā)明的多種制備方法都將為Cu2O成為制備清潔能源（太陽能與氫能）的儲(chǔ)備材料提供了可能，所以對(duì)于改變以及改善制備方法，提高制備后所得到的Cu2O晶體質(zhì)量，從而提高Cu2O的光電轉(zhuǎn)換效率以及提高Cu2O光電催化率仍然將成為全球范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一。

[1]范廣，張引莉，孫加娟，氧化銅與氧化亞銅穩(wěn)定性的熱力學(xué)討論，廣州化工，2012,40（10）：162-163.