Élaboration électrochimique et caractérisation des couches minces de Ni(OH)2

Abstract

Ce travail décrit la synthèse électrochimique des couches minces de Ni(OH)2 sur l'oxyde d'indium- étain (ITO), substrats pour dispositif électrochromique. L'effet de la concentration d’H2O2, l’effet de temps, ainsi que l’effet du potentiel et de courant appliqué sur le dépôt électrochimique ont été étudiés. Les couches minces ont été caractérisés par diffraction des rayons X, spectroscopie photoélectronique des rayons X, spectroscopie UV-Visible, microscopie électronique à balayage et spectroscopie photocourant électrochimique. Le MEB a révélé la formation de nanoflakes de Ni(OH)2 alignés verticalement se développant uniformément sur le substrat ITO. le photocourant généré montre une conductivité de type n pour le film mince Ni(OH)2. Le XPS a été utilisé pour confirmer les compositions des nanoflakes Ni(OH)2. Le spectre XPS prouve que presque seuls les éléments N et O sont présents dans Ni(OH)2. Les propriétés optiques des films de Ni(OH)2 ont été vérifiées par des analyses de transmission, l'énergie de la bande interdite (Eg) de Ni(OH)2 change entre 3,22 et 3,47 eV avec une transparence élevée d'environ 85 %. Le film de Ni(OH)2 présente une performance électrochromique notable avec un bon changement de couleur réversible rapidement de l'état transparent à l'état noir. De plus, on constate que le film d’Ni(OH)2 électrodéposé à 60 mM d’H2O2 pendant 90 min en utilisant le mode galvanostatique à −0,1 mA cm−2 présente un contraste optique élevé (65,07%) et une valeur maximale d'efficacité de coloration CE(η) atteint 46,52 cm2/C. Cette étude présente un moyen peu coûteux et pratique de développer un hydroxyde métallique à haute performance pour les dispositifs électrochromiques.

This work describes the electrochemical synthesis of thin layers of Ni(OH)2 on indium-tin oxide (ITO), substrates for electrochromic devices. The effect of the H2O2 concentration, the time effect, as well as the effect of applied potential and current on the electrochemical deposition were studied. The thin films were characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, scanning electron microscopy and electrochemical photocurrent spectroscopy. SEM revealed the formation of vertically aligned Ni(OH)2 nanoflakes growing uniformly on the ITO substrate. the generated photocurrent shows n-type conductivity for the Ni(OH)2 thin film. XPS was used to confirm the compositions of the Ni(OH)2 nanoflakes. The XPS spectrum proves that almost only N and O elements are present in Ni(OH)2. The optical properties of Ni(OH)2 films have been verified by transmission analyses, the bandgap energy (Eg) of Ni(OH)2 changes between 3.22 and 3.47 eV with high transparency of about 85%. The Ni(OH)2 film exhibits notable electrochromic performance with a rapid reversible color change from clear to black. Moreover, it is found that the Ni(OH)2 film electrodeposited at 60 mM H2O2 for 90 min using the galvanostatic mode at −0.1 mA cm−2 exhibits high optical contrast (65.07%) and a maximum value of staining efficiency CE(η) reaches 46.52 cm2/C. This study presents an inexpensive and practical way to develop a high-performance metal hydroxide for electrochromic devices.

يصف هذا العمل التركيب الكهروكيميائي لطبقات رقيقة لهيدروكسيد النيكل Ni(OH)2 على أكسيد قصدير الإنديوم (ITO)، حامل مستخدم في الأجهزة المتلونة كهربائيا. حيث تمت دراسة تأثير كل من تركيز الماء الأكسجيني (H2O2)، تأثير الوقت، وتأثير الجهد والتيار المطبق على الترسيب الكهروكيميائي. تمت دراسة خصائص الأغشية الرقيقة باستعمال مختلف وسائل التحليل الفيزيوكيميائية كالأشعة السينية (DRX)، والتحليل الطيفي للأشعة السينية(XPS) ، والتحليل الطيفي للأشعة المرئية وفوق البنفسجية(UV-visible) ، والفحص المجهري الإلكتروني، والتحليل الطيفي الكهروكيميائي للتيار الضوئي. كشفت الفحص المجهري الإلكتروني عن تشكيل رقائق نانوية لل Ni(OH)2 رأسياً والتي تنمو بشكل موحد على الإلكترود ITO. يظهر التيار الضوئي المتولد ناقلية من النوع n للفيلم الرقيق Ni(OH)2. تم استخدام XPS لتأكيد تركيبات رقائق Ni(OH)2 النانوية. يثبت طيف XPS أن عناصر N و O فقط هي المتواجودة في الNi(OH)2. تم التحقق من الخصائص البصرية لأفلام Ni(OH)2 من خلال تحليلات نفاذية الضوء، تتغير طاقة فجوة النطاق لـل Ni(OH)2 بين 3.22 و 3.47 فولت مع شفافية عالية حوالي 85٪. يُظهر فيلم Ni(OH)2 أداءً كهربيًا ملحوظًا مع تغيير لون جيد وسريع الانعكاس من الشفاف إلى الأسود. علاوة على ذلك، وجد أن طبقة Ni(OH)2 التي تم ترسيبها كهربائيًا بإستخدام 60 ملي مولار كتركيز للماء الأكسيجيني (H2O2) لمدة 90 دقيقة باستخدام الوضع الجلفاني عند 0.1− مللي أمبير/ سم2− يُظهر تباينًا بصريًا عاليًا (65.07٪) وقيمة قصوى لكفاءة التلوين (η ) يصل إلى 46.52 سم2 /الكولون. تقدم هذه الدراسة طريقة غير مكلفة وعملية لتطوير هيدروكسيد معدني عالي الأداء للأجهزة المتلونة كهربائيا.