納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的陽極電沉積機制及其光輔助生長研究.pdf

1、螢石型結(jié)構(gòu)CeO2及其固溶體具有較強的儲氧和釋放氧能力以及良好的高溫離子導電率等特性，在汽車尾氣處理、光催化、紫外吸收、拋光材料和金屬防護等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。由于電化學沉積方法可通過對電解液的選擇以及電極電位、鍍液溫度、鍍液pH和添加劑等因素調(diào)控，選擇性地得到具有各種化學組成、相組成和微觀結(jié)構(gòu)的材料。因而，相對于納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的其它制備方法（目前主要采用化學氣相沉積、溶膠-凝膠和磁控濺射等方法來制備CeO2薄膜）具有獨特

2、之處。
　　迄今為止，國內(nèi)外通過陽極或陰極電沉積技術(shù)所獲得的CeO2薄膜的厚度一般較薄，其主要歸因于CeO2的較低導電性能。CeO2是常見的半導體材料，一定波長（能量）的紫外光照可以大幅度地提高其導電性能，從而提高薄膜的生長厚度。此外，Ce3+可通過陽極直接氧化為Ce4+，因此陽極直接電沉積方法相較于陰極間接沉積方法可制備得到純度更高的CeO2薄膜。
　　為了制備純度較高、厚度較大的CeO2薄膜，本論文對納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜

3、的陽極電沉積及其光輔助沉積工藝、沉積機理、CeO2薄膜顏色與其結(jié)構(gòu)和化學組成的關(guān)系、CeO2薄膜沉積過程的電化學噪聲與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系、納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的耐蝕性能等問題進行系統(tǒng)研究。
　　論文第三章主要探索了暗態(tài)（未光照）下納米結(jié)構(gòu)CeO2薄膜的陽極電沉積工藝。主要研究了沉積電位、鍍液溫度、鍍液pH、鍍液沖脫O2以及鍍液中添加不同乙醇含量等因素對CeO2薄膜的致密性、組成、結(jié)構(gòu)和耐蝕性能等的影響規(guī)律，優(yōu)化得到了最佳的沉積工藝條件:

4、0.8V、50℃、pH6.2、10％(V/V)乙醇的自然充O2鍍液。發(fā)現(xiàn)鍍液中的乙醇含量是影響CeO2薄膜致密性的關(guān)鍵因素之一:乙醇的添加可降低鍍液的導電性，增加薄膜沉積的陽極極化，因而鍍液中過高的乙醇含量反而不利于CeO2薄膜的沉積。此外，分析了CeO2薄膜具有耐蝕性能的幾個原因:(a) CeO2對氧具有較高的吸引力，導致CeO2薄膜附近的溶解氧的濃度降低、阻止了氧向不銹鋼的擴散;(b)不銹鋼在NaCl溶液中的腐蝕為電化學腐蝕，發(fā)生電

5、化學腐蝕反應需要陽極和陰極電子交換，具有半導體性質(zhì)的CeO2能夠阻止電子轉(zhuǎn)移到不銹鋼電極表面，導致氧和質(zhì)子的陰極還原需要更高的過電位;(c)腐蝕陰極反應產(chǎn)生的OH-使電極表面pH偏向弱堿性，提高了薄膜的穩(wěn)定性;(d) CeO2和Ce3+的氧化還原電位遠大于1.26V(CeO2(s)+4H++e-→Ce3++2H2O)，因而使CeO2薄膜在較寬的電位范圍內(nèi)穩(wěn)定。
　　論文第四章主要分析了陽極電沉積方法在316L不銹鋼電極表面沉積的鈰

6、氧化物薄膜的顏色與薄膜組成和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。隨著沉積時間的延長鈰氧化物薄膜的顏色經(jīng)歷了黃色(1.5)、紫色(3 h)、藍色(5 h)、灰綠色(7h)、最后回到黃色(12h)的變化規(guī)律，且?guī)ь伾谋∧ぞ茉诳諝庵斜３珠L期穩(wěn)定不變色。薄膜顏色的變化主要取決于薄膜中Ce(Ⅲ)和氫氧化物含量及其引起的薄膜結(jié)構(gòu)變化。當沉積時間由40 min增至7h，薄膜中Ce(Ⅲ)的相對含量由20.09％增至27.57％，當沉積12 h，減至22.93％。此外，

7、薄膜中氫氧化物的含量與Ce(Ⅲ)含量的變化趨勢保持一致。
　　論文第五章主要探索了光照下鍍液中添加不同乙醇含量沉積的CeO2薄膜的耐蝕性能以及不同波長（能量）紫外光對沉積CeO2薄膜的影響。結(jié)果顯示:隨著乙醇含量的增加，光助沉積的CeO2薄膜的耐蝕性能逐漸增強;當鍍液中添加70％V/V乙醇時，沉積薄膜的耐蝕性最佳。光照有助于提高薄膜的生長厚度，入射光照波長越短（光能增加）越有助于CeO2薄膜的沉積，且薄膜的結(jié)晶性隨著光能的增強而逐