1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 7, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 7, стр. 780-787

Химические процессы формирования оксида меди(I) на медной фольге в гидротермальных условиях

Д. С. Зимбовский 1, 2, А. Н. Баранов 2, *

1 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
141701 Московская область, Долгопрудный, Институтский пер., 9, Россия

2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119991 Москва, Ленинские горы, 1, Россия

* E-mail: anb@inorg.chem.msu.ru

Поступила в редакцию 04.04.2023
После доработки 09.05.2023
Принята к публикации 11.05.2023

Аннотация

В работе рассмотрен процесс зарождения и роста слоя оксида меди(I) в ходе гидротермальной обработки медной фольги в щелочном растворе. На основании совокупности экспериментальных данных: результатов рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, а также расчетов свободной энергии Гиббса реакций, при использовании подхода Кабрера–Мотта был сделан вывод, что определяющими факторами в фазовом составе продукта и его морфологии оказываются концентрация гидроксид-анионов и содержание растворенного кислорода.

Ключевые слова: гидротермальный синтез, оксид меди(I), p-полупроводник, роль кислорода, основные стадии роста

Список литературы

  1. Navarro R.M., del Valle F., Villoria de la Mano J.A., Álvarez-Galván M.C., Fierro J.L.G. Photocatalytic Water Splitting under Visible Light. Concept and Catalysts Development // Adv. Chem. Eng. 2009. V. 36. № 9. P. 111–143. https://doi.org/10.1016/S0065-2377(09)00404-9

  2. Baran T., Visibile A., Busch M., He X., Wojtyla S., Rondinini S., Minguzzi A., Vertova A. Copper Oxide-Based Photocatalysts and Photocathodes: Fundamentals and Recent Advances // Molecules. 2021. V. 26. № 23. P. 7271. https://doi.org/10.3390/molecules26237271

  3. Зимбовский Д.С., Баранов А.Н. Синтез гетероструктур на основе Cu2O и их фотокаталитические свойства в реакции разложения воды // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 4. С. 385–392. https://doi.org/10.31857/S0002337X20040156

  4. Bijani S., Schrebler R., Dalchiele E.A., Gabás M., Martínez L., Ramos-Barrado J.R. Study of the Nucleation and Growth Mechanisms in the Electrodeposition of Micro- and Nanostructured Cu2O Thin Films // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 43. P. 21373–21382. https://doi.org/10.1021/jp208535e

  5. Halin D.S.C., Talib I.A., Daud A.R., Hamid M.A.A. Characterizations of Cuprous Oxide Thin Films Prepared by Sol-Gel Spin Coating Technique with Different Additives for the Photoelectrochemical Solar Cell // Int. J. Photoenergy. 2014. V. 2014. P. 352156. https://doi.org/10.1155/2014/352156

  6. Deo M., Ogale S. Crystal Facet Control for the Stability of p-Cu2O Nanoneedles as Photocathode for Photoelectrochemical Activity // Mater. Today Proc. 2018. V. 5. № 11. P. 23482–23489. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.11.092

  7. Jin Z., Hu Z., Yu J.C., Wang J. Room Temperature Synthesis of a Highly Active Cu/Cu2O Photocathode for Photoelectrochemical Water Splitting // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. № 36. P. 13736–13741. https://doi.org/10.1039/C6TA05274F

  8. Pan L., Zou J.-J., Zhang T., Wang S., Li Z., Wang L., Zhang X. Cu2O Film via Hydrothermal Redox Approach: Morphology and Photocatalytic Performance // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. № 30. P. 16335–16343. https://doi.org/10.1021/jp408056k

  9. Зимбовский Д.С., Чурагулов Б.Р. Пленки Cu2O и CuO, полученные химическим и анодным окислением на поверхности медной фольги // Неорган. материалы. 2018. Т. 54. № 7. С. 694–702. https://doi.org/10.7868/S0002337X18070072

  10. Zimbovskiy D.S., Gavrilov A.I., Churagulov B.R. Synthesis of Copper Oxides Films via Anodic Oxidation of Copper Foil Followed by Thermal Reduction // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2018. V. 347. P. 012010. https://doi.org/10.1088/1757-899X/347/1/012010

  11. Зимбовский Д.С., Чурагулов Б.Р., Баранов А.Н. Гидротермальный синтез пленок Cu2O на поверхности металлической меди в растворе NaOH // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 6. С. 623–627. https://doi.org/10.1134/S0002337X19060174

  12. Zimbovskii D.S., Baranov A.N. One-Step Hydrothermal Surface Oxidation of Copper Foil for Photocatalytic Water Splitting // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2019. V. 525. P. 012018. https://doi.org/10.1088/1757-899X/525/1/012018

  13. Справочник по электрохимии / Под ред. Сухотина А.М. Л.: Химия, 1981. 488 с.

  14. Bratsch S.G. Standard Electrode Potentials and Temperature Coefficients in Water at 298.15 K // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1989. V. 18. № 1. P. 1–21. https://doi.org/10.1063/1.555839

  15. Pabalan R.T., Pitzer K.S. Thermodynamics of NaOH(aq) in Hydrothermal Solutions // Geochim. Cosmochim. Acta. 1987. V. 51. № 4. P. 829–837. https://doi.org/10.1016/0016-7037(87)90096-2

  16. Tromans D. Modeling Oxygen Solubility in Water and Electrolyte Solutions // Ind. Eng. Chem. Res. 2000. V. 39. № 3. P. 805–812. https://doi.org/10.1021/ie990577t

  17. Tromans D. Oxygen Solubility Modeling in Inorganic Solutions: Concentration, Temperature and Pressure Effects // Hydrometallurgy. 1998. V. 50. № 3. P. 279–296. https://doi.org/10.1016/S0304-386X(98)00060-7

  18. Palmer D.A. Solubility Measurements of Crystalline Cu2O in Aqueous Solution as a Function of Temperature and pH // J. Solution Chem. 2011. V. 40. № 6. P. 1067–1093. https://doi.org/10.1007/s10953-011-9699-x

  19. Palmer D.A. The Solubility of Crystalline Cupric Oxide in Aqueous Solution from 25 to 400°C // J. Chem. Thermodyn. 2017. V. 114. P. 122–134. https://doi.org/10.1016/j.jct.2017.03.012

  20. Giri S.D., Sarkar A. Electrochemical Study of Bulk and Monolayer Copper in Alkaline Solution // J. Electrochem. Soc. 2016. V. 163. № 3. P. I1252–I1259. https://doi.org/10.1149/2.0071605jes

  21. Cabrera N., Mott N.F. Theory of the Oxidation of Metals // Reports Prog. Phys. 1949. V. 12. № 1. P. 163–184. https://doi.org/10.1088/0034-4885/12/1/308

  22. Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия, 1976. 472 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал