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Solution-Processed Synthesis of Copper Oxide (CuxO) Thin Films for Efficient Photocatalytic Solar Water Splitting
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-09-24 , DOI: 10.1021/acsomega.0c02754 Asma Aktar 1 , Shamim Ahmmed 1 , Jaker Hossain 1 , Abu Bakar Md Ismail 1
ACS Omega ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-09-24 , DOI: 10.1021/acsomega.0c02754 Asma Aktar 1 , Shamim Ahmmed 1 , Jaker Hossain 1 , Abu Bakar Md Ismail 1
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This article reports a solution-processed synthesis of copper oxide (CuxO) to be used as a potential photocathode for solar hydrogen production in the solar water-splitting system. CuxO thin films were synthesized through the reduction of copper iodide (CuI) thin films by sodium hydroxide (NaOH), which were deposited by the spin coating method from CuI solution in a polar aprotic solvent (acetonitrile). The phase and crystalline quality of the synthesized CuxO thin films prepared at various annealing temperatures were investigated using various techniques. The X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy studies confirm the presence of Cu2O, CuO/Cu2O mixed phase, and pure CuO phase at annealing temperatures of 250, 300, and 350 °C, respectively. It is revealed from the experimental findings that the synthesized CuxO thin films with an annealing temperature of 350 °C possess the highest crystallinity, smooth surface morphology, and higher carrier density. The highest photocurrent density of −19.12 mA/cm2 at −1 V versus RHE was achieved in the photoelectrochemical solar hydrogen production system with the use of the CuxO photocathode annealed at a temperature of 350 °C. Therefore, it can be concluded that CuxO synthesized by the spin coating method through the acetonitrile solvent route can be used as an efficient photocathode in the solar water-splitting system.
中文翻译：
用于高效光催化太阳能水分解的氧化铜 (CuxO) 薄膜的溶液法合成
本文报道了一种溶液法合成的氧化铜 (Cu x O)，可用作太阳能水分解系统中太阳能制氢的潜在光电阴极。通过用氢氧化钠 (NaOH) 还原碘化铜 (CuI) 薄膜来合成 Cu x O 薄膜，并通过旋涂法从极性非质子溶剂（乙腈）中的 CuI 溶液中沉积薄膜。使用各种技术研究了在不同退火温度下制备的合成 Cu x O 薄膜的物相和晶体质量。 X射线衍射和能量色散X射线光谱研究证实了在250、300和350°C的退火温度下分别存在Cu 2 O、CuO/Cu 2 O混合相和纯CuO相。实验结果表明，退火温度为350℃时合成的Cu x O薄膜具有最高的结晶度、光滑的表面形貌和较高的载流子密度。使用在 350 °C 温度下退火的 Cu x O 光阴极的光电化学太阳能制氢系统在 -1 V vs RHE 下实现了 -19.12 mA/cm 2的最高光电流密度。因此，可以得出结论，通过乙腈溶剂路线旋涂法合成的Cu x O可以作为太阳能水分解系统中的高效光电阴极。
更新日期：2020-10-06
中文翻译：
用于高效光催化太阳能水分解的氧化铜 (CuxO) 薄膜的溶液法合成
本文报道了一种溶液法合成的氧化铜 (Cu x O)，可用作太阳能水分解系统中太阳能制氢的潜在光电阴极。通过用氢氧化钠 (NaOH) 还原碘化铜 (CuI) 薄膜来合成 Cu x O 薄膜，并通过旋涂法从极性非质子溶剂（乙腈）中的 CuI 溶液中沉积薄膜。使用各种技术研究了在不同退火温度下制备的合成 Cu x O 薄膜的物相和晶体质量。 X射线衍射和能量色散X射线光谱研究证实了在250、300和350°C的退火温度下分别存在Cu 2 O、CuO/Cu 2 O混合相和纯CuO相。实验结果表明，退火温度为350℃时合成的Cu x O薄膜具有最高的结晶度、光滑的表面形貌和较高的载流子密度。使用在 350 °C 温度下退火的 Cu x O 光阴极的光电化学太阳能制氢系统在 -1 V vs RHE 下实现了 -19.12 mA/cm 2的最高光电流密度。因此，可以得出结论，通过乙腈溶剂路线旋涂法合成的Cu x O可以作为太阳能水分解系统中的高效光电阴极。
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