中科院山西煤化所提出沉積含鈦有機–無機復合膜方法
2014-04-12 17:04:36
admin
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據中科院山西煤化所網2013年8月29日訊 原子層沉積技術（atomic layer deposition）是近年來快速發展的一種先進薄膜沉積技術，具有極佳的均勻性、臺階覆蓋率、保形性、重復性以及在原子尺度精確控制厚度等突出優點。利用原子層沉積技術設計合成新型功能納米材料，開發其在能源、催化、環境等領域的應用是當前的研究熱點。在中國科學院、國家自然科學基金委、科技部和我所的大力支持下，煤轉化國家重點實驗室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展，相關結果分別發表在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納米粒子進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性質，相關研究人員通過與德國馬普固體研究所、德國馬普智能系統研究所、蒙特利爾大學和西班牙CIC nanoGUNE Consolider研究中心的科研人員合作，基于引導的瑞利–不穩定性（Rayleigh instability）的物理效應，以碳納米螺旋為模板，利用離子濺射和原子層沉積技術，成功制備了納米豆莢狀的氧化鋁包覆金納米粒子鏈，金納米粒子超規則緊密排列，粒子間距由碳納米螺旋的旋轉周期決定，此項研究擺脫了瑞利－不穩定性效應的限制，豐富了此物理效應。研究人員進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出很強的表面等離子共振效應。理論模擬和電子能量損失譜（EELS）分析結果表明這種等離子體納米豆莢材料具有優異的亞波長波導性能，有望用于光學納米器件領域。相關結果發表在Adv. Funct. Mater. (2012, 24, 5157)上，并被選為底封面文章。
當材料的尺寸降低到納米尺度時，會呈現出獨特的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，在光、電、磁、熱、敏感材料等方面都顯示出與常規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化國家重點實驗室909組、德國馬普微結構物理所、蒙特利爾大學和西班牙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NiO/CNTs復合物電化學性能的影響，結果表明隨著NiO尺寸增加，NiO/CNTs的電化學活性先增強后減弱，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NiO納米粉高88倍。相關結果發表在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、復旦大學的研究人員合作，利用原子層沉積技術在手性的碳納米螺旋上分別包覆Fe3O4和Ni磁性材料，透射電鏡結果表明該方法制備的磁性涂層厚度均勻可控。研究人員進一步對該復合材料進行了電磁波吸收測試，結果表明可通過控制磁性材料包覆層厚度，有效調控材料的電磁參數，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域具有重要的實際應用價值。有關結果發表在ACS Nano (2012, 6, 11009)上。
*近，課題組研究人員通過與中科院化學所、西班牙CIC nanoGUNE Consolider研究中心的科研人員合作，對分子層沉積（Molecular layer deposition）過程的表面化學反應進行設計，提出了一種新的沉積含鈦有機–無機復合膜的方法。經過后續熱處理除去有機組分，該復合膜轉變為氮摻雜的多孔TiO2膜，其孔徑與復合膜中有機片段的長度有關。熱重－質譜聯用分析結果表明，氮來源于有機部分分解產生的NH3。進一步以碳納米螺旋為載體，制備了氮摻雜的多孔TiO2/碳納米螺旋復合材料，該復合材料在可見光下表現出良好的催化降解亞甲基藍活性。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、太陽能電池等領域。這一結果為利用分子層沉積技術制備組分可控的超薄有機－無機復合膜及孔尺寸可控的無機膜材料提供了新思路。有關工作近日發表在Angew. Chem. Int. Ed. (2013, 35, 9196)上。