Preparation of Ni Doped Cu2O Materials Via Electrochemical Deposition Method and its Photoelectrocatalytic Application

Abstract

ABSTRACT: This thesis study reports on a systematic study of the influence of the amount of nickel doping on the photoelectrochemical characteristics of Cu2O semiconductor materials. Undoped Cu2O semiconductor materials were prepared by the electrochemical method. Linear sweep voltammetry (LSV) technique was used to dope nickel. Characterization of the materials was performed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy, LSV and chronoamperometry (CA) techniques. The EDX spectra provided details about the elements present in the materials and present the numerical analysis of the elements present in the samples. The results indicate presence of Ni doped Cu2O materials. In all SEM images, evenly distributed the crystals of approximately the same size are observed on the surface of the electrode. Most Cu2O and Ni doped Cu2O crystalline materials have a uniform shape. XRD results indicate that Ni doped Cu2O materials deposited over ITO substrate have highly crystalline structure. The band gap energy of the materials was found to be Eg = 2.14 eV. All the photoelectrochemical measurements showed a photocathodic behavior due to the p-type nature of the Ni doped Cu2O materials. This work showed that the Cu2O photoelectrodes doped with Ni using 0.0002 M NiSO4 solution exhibit the highest photocurrents and the current density between the investigated all Ni doped Cu2O photoelectrodes. The undoped Cu2O and Ni doped Cu2O photoelectrodes exhibited a good stability behavior for different the amounts of nickel doping. Ni doped Cu2O semiconductor photoelectrodes are suggested as a competitive candidate for advanced photoelectrochemical detection, maybe for the extended field of photoelectrochemical water splitting and other solar photovoltaic technologies.

ÖZET: Bu tez çalışması, Cu2O yarıiletken malzemelerin fotoelektrokimyasal özelliklerine nikel katkılama miktarının etkisi üzerine sistematik bir çalışmadır. Katkısız Cu2O yarıiletken malzemeleri elektrokimyasal yöntem kullanılarak hazırlandı. Doğrusal taramalı voltametri (LSV) tekniği nikeli katkılamak için kullanıldı. Malzemelerin karakterizasyonu enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), taramalı elektron mikroskopu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD), morötesi-görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisi, LSV ve kronoamperometri (CA) teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi. EDX spektrumları, materyallerin içerdiği elementler hakkında detaylar sağladı ve numunelerde bulunan elementlerin sayısal analizini ortaya koydu. Sonuçlar Ni katkılı Cu2O malzemelerinin varlığını gösterir. Tüm SEM görüntülerinde, elektronun yüzeyine yaklaşık olarak aynı boyutta eşit olarak dağılan kristaller gözlendi. Çoğu Cu2O ve Ni katkılı Cu2O kristal malzeme tek tip biçime sahiptir. XRD sonuçları ITO substrat üzerine biriktirilen Ni katkılı Cu2O malzemelerinin yüksek kristal yapıya sahip olduğunu gösterir. Malzemelerin bant aralığı enerjisinin Eg = 2,14 eV olduğu belirlendi. Tüm fotoelektrokimyasal ölçümler, Ni katkılı Cu2O malzemelerinin p-tipi doğasına bağlı olarak fotokatodik davranış gösterdi. Bu çalışma, 0,0002 M NiSO4 çözeltisi kullanarak Ni katkılanan Cu2O fotoelektrotların incelenen tüm Ni katkılı Cu2O fotoelektrotlar arasında en yüksek fotoakım ve akım yoğunluğu sergilediğini gösterdi. Katkısız Cu2O ve Ni katkılı Cu2O fotoelektrotlar farklı nikel katkılama miktarları için iyi bir kararlılık davranışı gösterdi. Ni katkılı Cu2O yarıiletken fotoelektrotları, ileri fotoelektrokimyasal dedeksiyon, fotoelektrokimya su ayrıştırma ve diğer solar fotovoltaik teknolojilerin geniş bir alanı için rekabetçi bir aday olarak önerilebilir.