CN105420779B - 一种电化学制备非晶单质硒薄膜的方法 - Google Patents

一种电化学制备非晶单质硒薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非晶单质硒薄膜的电化学制备方法，其特征在于：以亚硒酸(H2SeO3)为硒源，与柠檬酸水溶液形成含硒电化学沉积液；以导电玻璃为薄膜沉积基底，在上述电化学沉积液中利用电化学方法(恒电位技术)，沉积电位变动范围为‑0.5V～‑0.8V(相对于饱和甘汞电极)，沉积时间为100～14400s，沉积制备好的非晶单质硒薄膜在去离子水中浸泡数分钟，除去表面的溶液离子，在室温下进行干燥，即可获得非晶单质硒薄膜。本发明方法设备简单、操作方便、所制薄膜均匀、厚度可控，有利于实验的后续相关材料的测试及表征。本发明主要应用于非晶单质硒薄膜的制备。

Description

一种电化学制备非晶单质硒薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种非晶单质硒薄膜的电化学制备方法,采用本发明制得的非晶单质硒薄膜在光电催化、光敏材料、光电探测器等领域，具有广阔的应用价值和经济前景。
背景技术
硒单质为带金属光泽的准金属，在已知的五种硒同素异形体中，有三种具有晶体结构，分别是：α单斜体、β单斜体和灰色三角晶，另外两种则以非晶态固体形式存在，即红色、黑色的两种无定形硒。单质硒有许多独一无二的物理化学特性，适于在光电子和物理化学上的应用，例如硒优良的光电导性，已被用于太阳能电池、固态光传感器、冶金、玻璃、陶瓷、电子等众多领域。其中非晶硒是一种高灵敏的光电探测材料，具有较低的热噪声和较宽的检测波长，检测范围从紫外光到可见光范围。利用硒载流子倍增效应制作的光电探测器灵敏度极高，此外非晶硒也被用于制备X射线平板探测器。为了满足人类社会对能源需求，在探索新型清洁能源用材料的过程中，人们发现非晶硒纳米薄膜具有较好的光催化活性和光电转换性能，在能源领域拥有十分广大的应用前景。
目前晶态单质硒薄膜的制备方法主要是水热法、光照辅助沉积、磁控溅射法(Solid State Communications，2008，148，145-147；Applied OrganometallicChemistry，2000，14，715-720；Thin Solid Films，1985，131，87-94)。水热法制备硒单质，由于实验条件严苛不适合大规模制备；光辅助沉积制备硒，能耗高，成本高，同样无法满足大规模制备；磁控溅射法可精确控制所沉积硒薄膜的厚度，且沉积薄膜质量高，但是设备昂贵，制备薄膜成本高。而非晶硒薄膜常用的制备方法是真空蒸镀法(CN201310657438；CN104823280A；CN201310627366；CN103715214A；CN201320745620)，与磁控溅射制备方法类似，该法所用设备昂贵，制备薄膜成本高。相对已有的硒单质制备方法，电化学沉积法所用设备简单，易操作，且能实现薄膜厚度和均匀性的可控生产，成本较低，属于一种还未被开发的新型非晶硒薄膜制备方法。
发明内容
本发明旨在提供一种基于电化学沉积的非晶单质硒薄膜制备方法。
本发明的内容是：一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征是包括下列步骤：a)电化学沉积液的配置：电化学沉积液为含亚硒酸(H2SeO3)和柠檬酸的水溶液。其中浓度范围为1～5mmol/L的亚硒酸，和浓度范围为0.1～1mol/L的柠檬酸。溶液配制过程为：先称取一定量的亚硒酸(H2SeO3)溶于去离子水中,待溶解之后，再称取一定量的柠檬酸加入、溶解之后，即可制得电化学沉积混合液；b)单质硒薄膜的电化学沉积：利用三电极沉积系统，以铂网为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，导电玻璃(FTO)为工作电极，将电化学沉积混合液注入沉积槽中，采用恒电位沉积技术沉积薄膜，沉积电位的设定取值范围为-0.5V～－0.8V(相对于饱和甘汞电极)，沉积时间为100～14400s，即可获得非晶单质硒薄膜。
本发明的内容所述电化学沉积时，三电极系统也可替换为两电极系统，即仅用铂网对电极和导电玻璃构成沉积系统。
本发明的内容所述电化学沉积时，采用恒电位沉积技术，沉积电位设定取值范围为-0.5V～-0.8V(相对于饱和甘汞电极)。
本发明的内容所述电化学沉积技术恒电位沉积技术可替换为循环伏安法，电位窗口范围为-0.5V～-0.8V,电位扫描速度为0.01～0.3V/S,扫描圈数为10-1200圈。
本发明的内容所述柠檬酸可替换0.1～1mol/L浓度的酒石酸。
本发明的内容所述沉积基底导电玻璃可替换为金属等其他导电平板材料。
本发明的内容所述沉积基底导电玻璃可替换为导电的金属板、石墨板、碳板。
本发明的内容所述对电极铂网可替换为导电的金属板、石墨板、碳板。
本发明的内容所述硒薄膜通过调节沉积时间可得到不同厚度的非晶硒薄膜。
本发明所涉及非晶单质硒薄膜制备方法的特点是：薄膜均匀、厚度可控、工艺设备简单、制备条件要求较低、操作简单、可实现大规模生产。
附图说明
图1是本发明制备方法制取非晶单质硒薄膜的EDX能谱图
图2是本发明制备方法制取非晶单质硒薄膜的Raman光谱
图3是本发明制备方法制取非晶单质硒薄膜的SEM表面图
图4是本发明制备方法制取非晶单质硒薄膜的SEM侧面图
具体实施方式
以下具体实施例是本发明的实施方式，但本发明不止局限于以下实施例。
实施例1：称取1mmol亚硒酸(H2SeO3)，0.2mol的柠檬酸溶于水溶液中，配制电化学沉积混合液。在上述沉积液中，在恒电位为-0.5V(相对于饱和甘汞电极)的电位条件下，运用恒电位沉积技术，沉积时间为3600s，即可沉积获得非晶单质硒的沉积薄膜。沉积好的薄膜在去离子水中浸泡数分钟，除去表面的溶液离子，在室温下进行干燥。非晶单质硒薄膜经能量色散X射线光谱(EDX),确定薄膜的元素Se的存在(图1)，薄膜通过拉曼光谱测试确定单质硒是非晶硒(图2),并且随着沉积时间的改变会沉积出不同厚度的非晶硒薄膜(图3、4)。
实施例2：称取1mmol亚硒酸(H2SeO3)，0.2mol的柠檬酸溶于水溶液中，配制电化学沉积混合液。在上述沉积液中，在恒电位为-0.6V(相对于饱和甘汞电极)的电位条件下，运用恒电位沉积技术，沉积时间为10800s，即可沉积获得非晶单质硒的沉积薄膜。沉积好的薄膜在去离子水中浸泡数分钟，除去表面的溶液离子,在室温下进行干燥。沉积得到的非晶单质硒薄膜厚度更厚，沉积薄膜的颜色加深。

Claims (5)

1.一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征是包括下列步骤：
a)电化学沉积液的配制：电化学沉积液为含亚硒酸和柠檬酸的水溶液，所述亚硒酸的浓度范围为1-5mmol/L，所述柠檬酸的浓度范围为0.1-1mol/L，电化学沉积液配制过程为：先称取一定量的亚硒酸溶于去离子水中,待溶解之后，再称取一定量的柠檬酸加入，溶解之后，即可制得电化学沉积液；
b)非晶单质硒薄膜的电化学沉积：利用三电极系统，以铂网为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，FTO导电玻璃为工作电极，将电化学沉积液注入石英沉积槽中，采用恒电位沉积法，沉积电位相对于饱和甘汞电极取值范围为-0.5V～－0.8V，沉积时间为100～14400s，即可获得非晶单质硒薄膜；
步骤a)中所述电化学沉积液或为含亚硒酸和酒石酸的水溶液，所述亚硒酸的浓度范围为1-5mmol/L，所述酒石酸的浓度范围为0.1-1mol/L；
步骤b)中所述恒电位沉积法或为循环伏安法，电位窗口范围为-0.5V～-0.8V,电位扫描速度为0.01～0.3V/S,扫描圈数为10-1200圈。
2.根据权利要求1所述的一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征在于，所述铂网与导电玻璃正对，间距为3-5cm。
3.根据权利要求1所述的一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征在于，所述步骤b)或为：利用两电极系统，以铂网为对电极，以FTO导电玻璃为工作电极，将电化学沉积液注入石英沉积槽中，采用恒电位沉积法，沉积电位相对于饱和甘汞电极取值范围为-0.5V～－0.8V，沉积时间为100～14400s，即可获得非晶单质硒薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征在于，步骤b)中所述FTO导电玻璃或为导电的金属板、石墨板和碳板中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种制备非晶单质硒薄膜的方法，其特征在于，步骤b)中所述铂网或为导电的金属板、石墨板和碳板中的任一种。
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