【摘要】：過渡金屬碳化物(TMCs)和過渡金屬氮化物(TMNs)因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和地球豐度,被作為替代價(jià)格高昂的貴金屬電催化劑的候選者,引起了人們的廣泛關(guān)注。近年來研究發(fā)現(xiàn),碳化鈷和氮化鈷是代替貴金屬材料的有效的析氫催化劑。原子層沉積(ALD)技術(shù)以原子級薄膜厚度的精確控制、高均勻性、以及非凡的工藝再現(xiàn)性等優(yōu)勢而備受關(guān)注。ALD利用交替的自限性表面化學(xué)反應(yīng)逐層地生長目標(biāo)材料,因而,可以在任何復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)均勻的保形薄膜沉積。這些優(yōu)點(diǎn)使得ALD在催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其中,由于析氫催化劑的性能主要取決于材料的表面性能,而ALD是一種非常適合于對復(fù)雜表面進(jìn)行涂覆修飾的技術(shù),通過沉積均勻的、保形性的材料層來滿足HER催化劑所需的性能要求。然而,目前尚未有文獻(xiàn)報(bào)道低溫ALD制備碳化鈷和氮化鈷薄膜,因此急需開發(fā)新型的ALD工藝。本文研究了基于等離子體輔助原子層沉積(PE-ALD)技術(shù),以脒基鈷bis(N,N′-diisopropylacetamidinato)cobalt(II)(Co(amd)_2)作為前驅(qū)體,分別使用氫等離子體(H_2 plasma)和氨等離子體(NH_3 plasma)作為反應(yīng)物,在較低的沉積溫度下成功制備了碳化鈷和氮化鈷薄膜。主要取的以下結(jié)論(1)首次報(bào)道了PE-ALD技術(shù)低溫沉積碳化鈷薄膜,在沉積溫度低至80°C下,以0.066 nm/cycle的飽和生長速率在深寬比高達(dá)20:1的溝槽中沉積得到連續(xù)、光滑的碳化鈷薄膜,并詳細(xì)研究了Co(amd)_2脈沖時(shí)間、惰性氣體吹掃、H_2 plasma脈沖時(shí)間、射頻功率以及沉積溫度對薄膜生長的影響。XPS和Raman證明了碳化鈷薄膜是高純的。碳化鈷薄膜是納米多晶的,通過TEM電子衍射確定其結(jié)構(gòu)為六方晶系的Co_3C結(jié)構(gòu)。原位QCM結(jié)果表明,在PE-ALD碳化鈷生長過程中,Co(amd)_2中的脒基配體隨著其與表面的反應(yīng)而分解。最后,通過PE-ALD沉積的Co_3C_x/CC催化劑具有良好的HER性能,并且具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。(2)以NH_3 plasma為反應(yīng)物,首次使用PE-ALD技術(shù)成功的制備了(沉積溫度低至100°C)連續(xù)光滑且具有高保形性的氮化鈷(Co_3N_x)薄膜。XPS表明PE-ALD Co_3N_x薄膜是高純的,并且Co_3N_x的中的x約為0.78。XRD和TEM均顯示Co_3N_x薄膜為結(jié)晶性良好的六方晶系的Co_3N結(jié)構(gòu),電阻率約為182μ?cm。通過PE-ALD技術(shù)制備的碳化鈷與氮化鈷比例為8:1的Co_3N_x/Co_3C_(0.69)/CC的混合催化劑具有最優(yōu)的析氫性能,在10 mA cm~(-2)的電流密度下過電位僅為-159 mV,并且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：北京印刷學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TQ116.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 吳笛;;物理氣相沉積技術(shù)的研究進(jìn)展與應(yīng)用[J];機(jī)械工程與自動化;2011年04期

2 李劍飛;劉黎萍;孫立軍;;納米二氧化鈦對汽車尾氣中碳?xì)浠衔颒C分解效果研究[J];公路工程;2010年02期

3 楊西;楊玉華;;化學(xué)氣相沉積技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J];甘肅水利水電技術(shù);2008年03期

4 張文毓;;硬質(zhì)合金涂層刀具研究進(jìn)展[J];稀有金屬與硬質(zhì)合金;2008年01期

，

本文編號：2659693