Pb(NO3)2--TeO2--NaOH溶液電沉積制備PbTe的陰極過程.pdf

1、熱電材料是一種將熱能與電能直接進(jìn)行轉(zhuǎn)化的功能材料，是一種安全可靠、無污染、無噪聲的發(fā)電和制冷方式，在航天、光電子以及醫(yī)藥生物方面具有廣泛的應(yīng)用前景。PbTe具有較高的熔點(1196K)、各向同性結(jié)構(gòu)、高晶體對稱性、低晶格熱導(dǎo)率等優(yōu)點，是一種中溫區(qū)(500-800K)商業(yè)化熱電材料。通過分析目前熱電材料的發(fā)展趨勢和PbTe摻雜改性研究現(xiàn)狀，認(rèn)為電沉積方法可以制備不同摻雜元素的PbTe薄膜，而電沉積制備PbTe薄膜的研究很少，對其電沉積的相

2、關(guān)電極過程進(jìn)行研究可為電沉積制備碲化鉛基熱電材料提供理論支持。
　　文章選用三種電解質(zhì)體系Pb(NO3)2-NaOH，TeO2-NaOH和Pb(NO3)2-TeO2-NaOH,以Cu為工作電極，石墨為對電極，Hg/HgO為參比電極。采用循環(huán)伏安法，計時電位法，計時電流法和恒電位電沉積法，分別研究Pb、Te和PbTe的陰極還原過程。得出結(jié)論如下:
　　(1)循環(huán)伏安研究表明，在5mMPb(NO3)2-100mM NaOH體系中

3、，Pb2+的陰極析出起始電位為-0.45V(vs.Hg/HgO)，Pb2+的陰極還原過程為一步兩電子還原反應(yīng)，即:Pb2++2e-=Pb;沉積過程是一個準(zhǔn)可逆擴(kuò)散控制過程，且為瞬時成核。通過熱力學(xué)分析計算，繪制Pb-Na-O-H體系的E-pH圖，獲得在5mM Pb(NO3)2-100mM NaOH(pH值為12～13)溶液中電沉積Pb的條件為:-0.3V～-2.7V(Hg/HgO)。在-0.7V進(jìn)行恒電位電沉積，可獲得光滑致密均勻的Pb

4、沉積層。
　　(2)在10mM TeO2-100mM NaOH體系中循環(huán)伏安曲線上出現(xiàn)4個還原峰，其起始電位分別為:-0.46V，-0.82V，-1.3V和-1.5V;峰電位分別為:-0.63V，-0.98V，-1.47V和-1.8V，發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為:Te4++2e-=Te2+，Te2++2e-=Te，Te+2e-=Te2-，2H2O+4e-=H2+2OH-。生成Te的電還原過程Te2++2e-=Te受擴(kuò)散控制，Te沉積過程為

5、連續(xù)成核，在-0.9V(vs.Hg/HgO)進(jìn)行恒電位電沉積可獲得結(jié)構(gòu)致密均勻的Te層。
　　(3)在10mM TeO2-5mM Pb(NO3)2-200mM NaOH體系中循環(huán)伏安曲線的五個明顯的還原峰，分別對應(yīng)的還原反應(yīng)為:Te4+→Te2+;Pb2+→Pb;Te2+→Te; Te→Te2-; H+→H2。PbTe的沉積過程受擴(kuò)散控制，由于受到Pb沉積和Te沉積機(jī)理的相互影響，PbTe的成核過程是非常復(fù)雜的。通過對不同電位電解