MnO 2的保形沉积可以容易地进行放大

最近发表于ACS 化学材料的研究人员,来自imec,KU Leuven和Ghent大学的研究人员开发出一种廉价而快速的方法,用于在纳米结构基底上沉积MnO 2共形薄膜,具有接近单层的精度,与状态相竞争。最先进的原子层沉积(ALD)。

这项工作首次证明了金属氧化物的ALD样生长完全在水相和露天中进行。这是与先前报道的一些金属氧化物(例如MnO x,TiO 2或MgO)的液相ALD工艺的重要区别,它们都利用溶解在有机溶剂中的水敏前体,因此需要无水条件和中性手套箱或Schlenk线的气体环境。虽然目前仅限于由过渡金属(例如Ni,Ti,Pt)及其氧化物(例如TiO 2)制成的基板,但未来可能会增加相容基板的范围,例如Al 2 O 3或SiO 2,通过选择合适的有机吸附物。此外,通过使用在氧化还原反应期间形成不溶性产物的不同金属络合物,可以测试RLD方法沉积除MnO 2之外的其他氧化物。

因为在每个循环中形成的氧化锰的量受到吸附的醇的单层量的限制,所以生长表现出原子层沉积(ALD)的自限性特征。这种最先进的技术基于气态前体在表面上的循环反应,并且通常确保涂层和亚单层厚度控制的最高保形性,代价是沉积速率非常低,需要高温,昂贵的前体和复杂的热隔离气密反应器。

MnO 2的保形沉积可以容易地进行放大

这种新方法的灵感来自于氧化还原反应的一级高中示范,其中高锰酸钾水溶液(KMnO 4)在中性pH下被醇(例如乙醇)还原,在大部分中形成固体MnO 2。解。在新方法中,通过使用可以在各种底物上强烈化学吸附的不饱和醇水溶液将形成的MnO 2的量限制为单层,从而允许将其量减少为单层以用于随后与KMnO 4的反应。。因此,该方法包括重复循环的表面限制吸附炔丙醇及其随后用高锰酸钾水溶液氧化,形成可控量的MnO 2 在每个循环中的基板上。

总的来说,由于其简单性,MnO 2的保形沉积可以容易地进行放大,因此可用于其众多(电)化学应用。

锰氧化物在电池,超级电容器,微电子和(电)催化中具有许多应用 - 所有这些都可以极大地受益于高纵横比结构上的共形沉积的MnO 2,例如3-D电池集电器或高表面积催化载体。

与典型的ALD相反,新的氧化还原层沉积(RLD)在室温下在空气中进行,使用普通和廉价的化学品和简单的玻璃器皿 - 两个烧杯。这大大降低了沉积的成本和复杂性,使其几乎可用于任何实验室或制造工厂。由于醇分子和基板上的MnO 4 -离子的高吸附密度,该方法还显示出每循环生长至少高4倍并且比已知的MnO 2 ALD过程快至少1.5倍。RLD方法也成功地用于涂覆具有薄MnO 2的复杂的3-D互连Ni纳米线,这不能用典型的热ALD进行。

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