Electrochemical preparation and investigation of photoelectrocatalytic properties of zno films decorated with Cu2O nanocubes

Abstract

ABSTRACT: This thesis work reports on a systematic study of the influence of Cu2O nanocubes doping on the structural, optical and photoelectrochemical characteristics of ZnO films. ZnO films decorated with Cu2O nanocubes were prepared by practical electrochemical method, based on the underpotential deposition (UPD). A detailed characterization of ZnO films decorated with Cu2O nanocubes was performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy and photoelectrochemical (PEC) techniques. The XRD and UV–Vis spectroscopy results showed single phase ZnO for the lower Cu2O deposition time (at time≤3 min), while a secondary phase of Cu2O evolved for 5 min deposition time. The optical band gap, determined from the absorbance spectra, and EDX results confirm the presence of ZnO and Cu2O. SEM images show morphology with cube-shaped Cu2O nanocrystals deposited over ZnO film. This work showed that ZnO films doped with Cu2O nanocubes grown for 3 min have the best PEC performance. ZnO films decorated with Cu2O nanocubes are suggested as a competitive candidate for advanced PEC detection, maybe for the extended field of PEC water splitting and other solar photovoltaic technologies.

ÖZET: Bu tez çalışması, ZnO filmlerinin yapısal, optik ve fotoelektrokimyasal özelliklerine Cu2O nanoküplerinin katkılanmasının etkisi üzerine sistematik bir çalışmadır. Cu2O nanoküpleri ile donatılan ZnO filmleri potansiyelaltı depozisyon (UPD) temelli pratik bir elektrokimyasal yöntem kullanılarak hazırlandı. Cu2O nanoküpleri ile donatılan ZnO filmlerinin detaylı karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), morötesi-görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisi ve fotoelektrokimyasal (PEC) teknikler kullanılarak gerçekleştirildi. XRD ve UV-Vis spektroskopi sonuçları; 5 dakika depozisyon zamanı için ikinci bir faz olan Cu2O’in ortaya çıktığını, daha düşük depozisyon zamanları için (≤3 dakika) tek faz ZnO oluştuğunu gösterdi. Absorbans spektrumlarından belirlenen optiksel bant aralığı enerjisi ve EDX sonuçları ZnO ve Cu2O varlığını doğrular. SEM görüntüleri, ZnO üzerine depozit edilen küp-biçimli Cu2O nanokristallere sahip bir morfoloji gösterdi. Bu çalışma, 3 dakika büyütülen Cu2O nanoküpleri ile katkılanan ZnO filmlerinin en iyi PEC performansına sahip olduğunu gösterdi. Cu2O nanoküpleri ile dekore edilen ZnO filmleri, ileri PEC dedeksiyonu, PEC su ayrıştırma ve diğer solar fotovoltaik teknolojilerinin geniş bir alanı için rekabetçi bir aday olarak önerilir.