何亚萍;王丙旭;闫俊苗
【摘 要】EDTA是一种氮氧型螯合剂,可以与金属离子形成1:1型的配合物.EDTA与锌配位后,采用电化学沉积法将其还原为纳米锌,而后进一步被氧气氧化为氧化锌(nano ZnO).以ITO电极为基底电极,采用多电位阶跃法,制备了nano ZnO薄膜;研究在有无EDTA时,采用X射线晶体衍射、扫描电子显微镜分析、紫外分光光光度法和电化学方法对其晶体结构,表面形貌和电化学性能进行分析.研究结果表明,EDTA可以有效提高所形成的nano ZnO纳米结构有序性,降低其尺寸,改善其电化学性质. 折叠式笔记本电脑
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2019(050)007
【总页数】3页(P07182-07184)
【关键词】电化学沉积;调控;EDTA;氧化锌
【作 者】何亚萍;王丙旭;闫俊苗
自保温砖
【作者单位】西安文理学院,化学工程学院,西安 710065;西安文理学院,化学工程学院,西安 710065;西安文理学院,化学工程学院,西安 710065
【正文语种】中 文
【中图分类】O652.3
轧辊堆焊0 引 言
金属氧化物氧化锌(ZnO)具有独特的光电化学性能，广泛用于光电器件构置研究[1-3]。电沉积由于电压变换迫使某些非自发反应发生，成为纳米材料形成的强大驱动力[4]。采用电沉积制备所需仪器设备简单、方法可控性强，反应条件温，环境友好[5-7]。通过不同电化学方法的选择，有效实现对电位、电流、扫速等参数的有效控制；对电解液的基底物质、浓度浓度和pH值等条件，实现膜的原位可控合成[8-10]。采用多电位阶跃可以有效的调控ZnO的形成，有序的阶跃电位控制可以形成有规律的纳米结构[11-13]。当电解液中加入EDTA后，由于其较强的配位作用，会让ZnO呈现怎样的微观结构呢？Casella等[14]研究了
对酒石酸纳米钴形成的影响。EDTA在电沉积过程中，对制备的纳米材料是有结构和性能影响[15]。本文以多电位跃迁法制备氧化锌薄膜，研究EDTA在整个沉积过程中作用。
1 实 验
1.1 Nano ZnO薄膜的制备
1.1.1 实验试剂
浓盐酸(HCl)、浓硝酸(HNO3)、丙酮(CH3COCH3)购于洛阳昊华化学试剂有限公司；浓硫酸购于西安市试剂厂；氯化锌购于天津市天力化学试剂有限公司；EDTA购于成都市科龙化工试剂厂；铁和亚铁购于天津市盛奥化学试剂有限公司。
1.1.2 电极预处理
以ITO导电玻璃为基底电极：(1)裁取1 cm×3 cm的玻璃电极，做基底电极；(2)用饱和氢氧化钠溶液基底电极表面的油和污渍，然后冲洗干净；(3)将上述基底电极放入丙酮溶液中，超声清洗10 min；(4)将上述基底电极放入无水乙醇溶液中，超声清洗10 min；(5)最后将清洗完成的基底电极冲洗干净，晾干备用。
1.1.3 电沉积制备纳米氧化锌
采用多电位阶跃法进行不同条件下的沉积，用ITO电极做工作电极，铂丝电极做对电极，饱和甘汞电极做参比电极，三电极系统制备氧化锌薄膜，具体多电位跃迁条件为：第一阶段电位-1 V时间为2 000 s；第二阶段电位为-1.1 V时间为3 800 s，静止时间为2 s，灵敏度为0.001，采样间隔为0.002 s。以0.1 mol/L的氯化锌为制备液，常温无EDTA产物标注为a，有EDTA产物标注为b。
1.2 样品的性能及表征
Nano ZnO薄膜的形貌和性能分析用CHI660E型电化学工作站，上海海辰华仪器公司；JSM-6390型扫描电子显微镜，日立株社；D2 PHASER型X射线衍射仪，布鲁克公司；TD新世纪型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司，分析测定。
2 结果与讨论
2.1 氧化锌薄膜表征
图1谱中的Nano ZnO薄膜衍射峰吻合标准ZnO的图谱。在2θ=31，35，52，60°处的衍射峰与六方纤锌矿结构匹配。从曲线(a)和(b)相比较，EDTA的加入，峰的位置没有显著性变化，表明晶型无显著性变化，但是峰更加尖锐，即晶体的完整性更高，晶粒尺度更加均匀。由此说明，EDTA的引入，使得还原电位的过电势提高，成核过程减慢，晶体形貌特性增强。内插图的扫描电子显微镜图谱结果与衍射图谱结果是一致的。从图1(a’)可见，在无EDTA时，制备的Nano ZnO薄膜表面均匀、致密的团簇状分布，但无显著晶型结构呈现；EDTA的加入，制备得到的薄膜呈现均匀分布的片层ZnO，致密和均匀地分布在基底电极表面(如图1(b’)所示)。
图1 Nano ZnO薄膜的X射线衍射图谱Fig 1 XRD spectra of nano ZnO thin film prepared with and without EDTA
2.2 氧化锌薄膜吸光性能
在200～400 nm区间内，nano ZnO呈现较强的紫外吸收。如图2所示，nano ZnO薄膜在350 nm处呈现一个强烈的吸收。EDTA的引入，使得吸收的曲线呈现了优异的吸光现象，即其光学活性在一定程度上得以增强。由此说明，EDTA的在调控nano ZnO的形貌和晶型
的同时，其光学活性改善，光利用效率提高。
图2 Nano ZnO薄膜的紫外可见光谱曲线Fig 2 UV visible spectrum curve of nano ZnO thin film prepared with and without EDTA
2.3 氧化锌薄膜电化学性能
Nano ZnO薄膜上获得的过氧化氢的时间-电流曲线(图3)可以看出，无EDTA时获得的曲线非常平滑，加入过氧化氢没有引起电流的变化；而有EDTA时获得的曲线，电流呈现显著下降趋势，过氧化氢被还原。由此说明，EDTA的加入，使得nano ZnO薄膜的电催化活性增强。
雕刻笔图3 Nano ZnO薄膜在0.1 mol/L氢氧化钾溶液中获得的时间-电流曲线；加入过氧化氢浓度为50 μmol/LFig 3 Time-current curve of nano ZnO thin film with and without EDTA obtained in 0.1 mol/L potassium hydroxide solution and 50 μmol/L hydrogen peroxide added
奇丹茶是什么茶3 结 论
气体膜分离
探究了多电位阶跃制备ZnO过程中EDTA的影响。化锌沉积主要包括两个过程：
(1)锌离子变成锌原子附着在阴极的电极上。
(2)锌单质变成成氧化锌并长成纳米锌。
由于EDTA对于氧化锌形成有一定的影响，因此由于其晶核生长方向的改变而产生不同形貌的样品。EDTA使得结晶形态更好，更紧凑，光电性能得以提升。后续可以探究更多相关的研究，以改善和调控纳米ZnO的形成。
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