脉冲激光沉积制备的铜及银/铜薄膜的活性蓝21染料降解与表面改性

《Surfaces》：Reactive Blue 21 Dye Degradation and Surface Modification of Cu and Ag/Cu Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition

　　

摘要

本研究探讨了通过脉冲激光沉积（PLD）技术获得的铜（Cu）薄膜和银/铜（Ag/Cu）双层薄膜的潜在应用，重点分析了它们与含有活性蓝21（RB21）染料和碳酸氢钠（NaHCO₃）的水溶液相互作用所产生的物理化学效应。薄膜沉积过程采用脉冲波长为λ = 532 nm的Q开关Nd:YAG激光系统完成，脉宽为τ = 10 ns，重复频率为ν = 10 Hz，脉冲能量为E = 180 mJ，激光光斑直径为d = 336 μm，入射角为α = 45°。制备了两种薄膜：铜薄膜和银/铜双层薄膜。通过COMSOL数值模拟研究了激光束与靶材相互作用所产生的热效应，分别对每种材料的熔相形成进行了评估，从而更好地了解沉积薄膜的形貌和拓扑结构。模拟结果通过扫描电子显微镜（SEM）观测和表面粗糙度分析得到了验证。随后，将两种薄膜分别浸入含有10 g/L RB21染料和10 g/L NaHCO₃的水溶液中进行处理。处理后的物理化学分析，包括扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）、表面轮廓仪、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见光谱，揭示了RB21染料发生了显著降解并伴随薄膜的腐蚀，其中铜薄膜的腐蚀过程更为明显。研究结果表明，本研究所分析的方法可能为分解难降解有机染料提供了一种替代途径，可利用铜薄膜实现这一目的，而不依赖传统的光催化过程。同样重要的是，RB21/NaHCO₃溶液作为铜薄膜蚀刻和图案化介质的潜在应用，而银覆盖层可能在此类过程中提供保护效应。这些发现可能有助于开发新型光电器件的制备技术，包括太阳能电池、光伏窗户以及其他工业和实验室应用。