中科院山西煤化所提出沉積含鈦有機(jī)–無機(jī)復(fù)合膜方法
2014-04-12 17:04:36
admin
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據(jù)中科院山西煤化所網(wǎng)2013年8月29日訊 原子層沉積技術(shù)（atomic layer deposition）是近年來快速發(fā)展的一種先進(jìn)薄膜沉積技術(shù)，具有極佳的均勻性、臺(tái)階覆蓋率、保形性、重復(fù)性以及在原子尺度精確控制厚度等突出優(yōu)點(diǎn)。利用原子層沉積技術(shù)設(shè)計(jì)合成新型功能納米材料，開發(fā)其在能源、催化、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委、科技部和我所的大力支持下，煤轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室903組的科研人員在原子層沉積法制備新型功能納米材料方面取得系列進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果分別發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. (2013, 35, 9196)；ACS Nano (2012, 6, 11009)；Adv. Funct. Mater. (2012, 24, 5157)；Small (2012, 25, 3390)上。
以自下而上的方式對(duì)納米粒子進(jìn)行可控有序組裝能得到不同于一般粒子聚集體的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，相關(guān)研究人員通過與德國馬普固體研究所、德國馬普智能系統(tǒng)研究所、蒙特利爾大學(xué)和西班牙CIC nanoGUNE Consolider研究中心的科研人員合作，基于引導(dǎo)的瑞利–不穩(wěn)定性（Rayleigh instability）的物理效應(yīng)，以碳納米螺旋為模板，利用離子濺射和原子層沉積技術(shù)，成功制備了納米豆莢狀的氧化鋁包覆金納米粒子鏈，金納米粒子超規(guī)則緊密排列，粒子間距由碳納米螺旋的旋轉(zhuǎn)周期決定，此項(xiàng)研究擺脫了瑞利－不穩(wěn)定性效應(yīng)的限制，豐富了此物理效應(yīng)。研究人員進(jìn)一步通過共聚焦激光掃描顯微鏡觀察到該氧化鋁包覆的金納米粒子鏈表現(xiàn)出很強(qiáng)的表面等離子共振效應(yīng)。理論模擬和電子能量損失譜（EELS）分析結(jié)果表明這種等離子體納米豆莢材料具有優(yōu)異的亞波長波導(dǎo)性能，有望用于光學(xué)納米器件領(lǐng)域。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Adv. Funct. Mater. (2012, 24, 5157)上，并被選為底封面文章。
當(dāng)材料的尺寸降低到納米尺度時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在光、電、磁、熱、敏感材料等方面都顯示出與常規(guī)體相材料不同的特性和功能。近期，課題組研究人員通過與煤轉(zhuǎn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室909組、德國馬普微結(jié)構(gòu)物理所、蒙特利爾大學(xué)和西班牙CIC nanoGUNE Consolider研究中心的科研人員合作，利用原子層沉積技術(shù)在碳納米管（CNT）表面沉積得到尺寸可控，分布均勻的NiO納米顆粒，研究了NiO顆粒尺寸對(duì)NiO/CNTs復(fù)合物電化學(xué)性能的影響，結(jié)果表明隨著NiO尺寸增加，NiO/CNTs的電化學(xué)活性先增強(qiáng)后減弱，其中沉積400 cycles得到的的NiO（4.9nm）/CNTs催化甲醇氧化活性*高，比商業(yè)NiO納米粉高88倍。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Small (2012, 25, 3390)上，并被選為底封面文章。另外，他們還通過與海南大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)的研究人員合作，利用原子層沉積技術(shù)在手性的碳納米螺旋上分別包覆Fe3O4和Ni磁性材料，透射電鏡結(jié)果表明該方法制備的磁性涂層厚度均勻可控。研究人員進(jìn)一步對(duì)該復(fù)合材料進(jìn)行了電磁波吸收測(cè)試，結(jié)果表明可通過控制磁性材料包覆層厚度，有效調(diào)控材料的電磁參數(shù)，獲得高效的吸收性能，所制備的磁性涂層包覆碳納米螺旋在電磁波吸收領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。有關(guān)結(jié)果發(fā)表在ACS Nano (2012, 6, 11009)上。
*近，課題組研究人員通過與中科院化學(xué)所、西班牙CIC nanoGUNE Consolider研究中心的科研人員合作，對(duì)分子層沉積（Molecular layer deposition）過程的表面化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了一種新的沉積含鈦有機(jī)–無機(jī)復(fù)合膜的方法。經(jīng)過后續(xù)熱處理除去有機(jī)組分，該復(fù)合膜轉(zhuǎn)變?yōu)榈獡诫s的多孔TiO2膜，其孔徑與復(fù)合膜中有機(jī)片段的長度有關(guān)。熱重－質(zhì)譜聯(lián)用分析結(jié)果表明，氮來源于有機(jī)部分分解產(chǎn)生的NH3。進(jìn)一步以碳納米螺旋為載體，制備了氮摻雜的多孔TiO2/碳納米螺旋復(fù)合材料，該復(fù)合材料在可見光下表現(xiàn)出良好的催化降解亞甲基藍(lán)活性。這種厚度精確可控的氮摻雜多孔TiO2膜也能用于可見光催化、太陽能電池等領(lǐng)域。這一結(jié)果為利用分子層沉積技術(shù)制備組分可控的超薄有機(jī)－無機(jī)復(fù)合膜及孔尺寸可控的無機(jī)膜材料提供了新思路。有關(guān)工作近日發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. (2013, 35, 9196)上。