材料化学专业外文翻译

《材料化学专业外文翻译》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料化学专业外文翻译（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、毕业论文外文资料翻译题 目 合成-Mo2C薄膜 Chem. Mater. 2011, 22, 44024413合成-Mo2C薄膜Colin A. Wolden*, Anna Pickerell, Trupti Gawai, Sterling Parks, Jesse Hensley, and J. Douglas Way Department of Chemical Engineering, Colorado School of Mines, Golden, Colorado 80401, United States National Renewable Energy Laboratory,

2、1617 Cole Boulevard, Golden, Colorado 80401, United StatesACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3 (2), pp 517521DOI: 10.1021/am101095hPublication Date (Web): January 20, 2011Copyright 2011 American Chemical Society摘 要使用两步合成工艺制备化学计量比的-Mo2C薄膜。MoF6在氢气，氧气的氛围下采用等离子体增强气象化学法首先生成密集氧化钼薄膜。审查的沉积速率和质量方面的工作参数的依赖。氧化

3、膜厚度是100-500纳米，在H2和CH4气氛中，采用程序升温反应后生成钼硬质合金。 用X-射线衍射线测得，在20的甲烷和氢气的混条件下，当加热到700C的氧化钼将完全转变成-Mo2C相。渗碳后生成基本硅衬底的薄膜。用X射线光电子能谱检测薄膜无杂质，Mo此时是一个单一的氧化状态。用显微镜观察发现，沉积的氧化膜是没有什么特征的，而碳化物的薄膜是一个复杂的纳米结构。关键词：薄膜;硬质合金;氧化物;等离子体增强化学气相沉积的催化剂;1介绍碳化钼是一种在各种领域有很多潜在应用的多用途材料。碳化钼具有类似于铂族金属的催化性能，利用这种催化性能，并在过去几十年中广泛用于氨合成，合成各种烃，水煤气纸杯，制氢

4、，酒精合成。1-7制作薄膜过程中，过渡金属碳化物的高硬度和热稳定性使他们合成的耐磨材料。8-9最近的研究都集中在碳化钼的光电特性范围内的应用，包括镜子，10渗透膜，11互连，12和电子场发射13我们目的是用价格低廉的材料替代铂族金属来表面氢分离。这种材料合成的薄膜将有利于催化剂性能的基础研究。许多技术已被用于沉积碳化钼薄膜，包括化学气相沉积（CVD），8 14，物理气相沉积（PVD），9，11和电化学沉积。15Mo-C是相当复杂的，它有众多的稳定和亚稳化合物和晶相。14 16，相纯度的控制一直是个难题，CVD和PVD两种方法的制备中，薄膜通常包含混合富含碳的产物，它是一个复杂的依赖具体操作条件

5、选测的过程。8，11，14与此相反，它的催化应用制备所需的粉末状-Mo2C相。1-4，后来Boudart和他的同事1 2开发出一种方法，加入H2稀释的碳氢化合物并采用程序升温反应或TPR的混合物转换成高表面积Mo2C密集的氧化钼粉。 MoO3转变为Mo2C方法涉及MoO3的晶格中的氧碳替代，在反应过程中有Mo原子的微小位移。因为Mo2C的摩尔体积比MoO3的摩尔体积小，微孔状的氧化物转换成碳化物。在适当条件下的氧化钼被转换成Mo2C过程中没有形成金属钼作为反应中间体。金属烧结，避免使用这种方法，在物催化剂催化剂条件下，它可以准备具有很高的表面积（50-90平方米/克）。Rebrov et al

6、.5采用这方法，形成催化剂通过预氧化的钼片渗碳涂料把它们应用到水煤气变换反应。本实验是合成纯相的-Mo2C未来研究模型催化剂层薄膜。下面我们介绍一个两步合成方法。首先，采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在MoF6/H2/O2混合物中使密集的氧化钼薄膜沉积在硅片上。MoF6在这种化学反应中是很独特，以前的含钼的化合物的反应是用Mo（CO）的17 18或MoCl514，19来化学气相沉积。用PECVD参数来描述氧化物的增长速度和质量。使用的PECVD形成氧化物将产生在更广泛的承印物上。薄膜通过TPR的催化条件转化为-Mo2C相。使用一套分析技术可将整个过程中膜的组成和结构的演变进行了量化

7、。2试验一氧化氮合成 在MoF6/H2/O2混合在一个电容耦合的PECVD系统中使氧化钼薄膜沉积。采用类似PECVD反应的化学的方法，用类似的气体混合物（WF6/H2/O2）17，20已成功地应用于合成的电致变色WO3的薄膜。钼六氟化硫(Acros Organic, 99.5 vol %)的分解容易，但是反应过程中产生的氟自由基蚀刻膜是可逆的。为了解决这一问题，我们添加了氢的高频电子流来除去氟原子形成。还提供氧气过量，以形成充分的氧化膜。这里描述的所有方法是在常温下进行的，并且电压固定在200 W 。使用校准的针阀控制MoF6生成，而电子质量流量控制器控制氧气和氢气流速。该反应的沉积压力范围为

8、500700毫托取决于机械泵（爱德华兹，e2m40）的控制。渗碳渗碳过程中进行的TPR在温度控制1，2控制空气留恋煅烧氧化钼粉（Sigma-Aldrich公司，99.5）的过程来验证的初步研究通过的条件。约1 g的粉末放在坩埚中通入空气（200 SCCM）在500C下煅烧，一个小时可脱附任何水分气体。然后把空气流量调到原来的20%。速度在1CH4/H2混合在总流量400 SCCM，温度从1C /分钟到700C/分钟，并煅烧3小时。渗碳后，密封样品冷却至室温，这也有助于钝化硬质合金前暴露在空气中流动。氧化膜被转化成钼硬质合金使用方法。描述椭偏光谱(SE, J. A. Woollam)被用来确定氧

9、化膜的厚度和折射率。在580 nm处的折射指数400 -1300 nm的范围内收集数据测量角度为70.在。 X-射线衍射仪(XRD, Siemens Kristalloflex 810进行的CuK射线源确定的使用3/分钟的扫描速度与薄膜长度为为2= 0.05。 X射线光电子能谱(XPS, Kratos)进行用铝的KX射线源。分析室基压 150C），在渗碳过程中，氧化膜的转化过程中形态变化，如图4所示。将薄膜样品与退火所得的粉末样品相比较，表明多晶硅氧化钼在2= 23.33的方向上择优生长。渗碳过程完成后，同样的材料测定。再次观察粉末，样品与-Mo2C完全一致。需要注意的是-Mo2C相具有正交晶

10、体结构（JCPDS 79-0744），虽然其晶格位置是（JCPDS 35-0787），它经常被这样用于描述催化剂结构16，28。硬质合金粉末和薄膜显示在2处有三个明显的峰，34.4，37.9和39.4，34.4的坐标为（100），（002），（101）。所得样品有没有残留氧化物，钼金属，或任何其他的碳化钼晶相我们无法证实。 XRD图谱从渗碳后得到的粉末样品是完全转化为-Mo2C相。光电子能谱被用来测定渗碳后膜的组成。图3包含高分辨率光谱的氧化钼薄膜的结构。钼碳化物的峰位明显低于氧化物薄膜，表明它的结合能低于氧化钼薄膜结合能相对于氧化物薄膜。这种材料的成分纯度可由再个间距（为3.2 EV）的两峰

11、来表征，这表明，钼主要是以一个单一的氧化状的形式存在。图5表明，从较高分辨率光谱的谱区中可以区别氧化物膜和渗碳后的薄膜，氧化物薄膜显示突出高峰是=530.8eV，相关资料可以参考文献。29硬质合金表面的部分氧化但有部分却是钝化的。虽然峰位衰减幅度相对于氧化物薄膜有2个微弱的峰，不同的峰值是530.4和532.9。这是推测，前者是氧化钼，而后者可能是氧化膜薄膜吸附了二氧化碳，这是由于之前薄膜在冷却过程中使用的工业级氮气。注意的是这种残余氧化物将被作为具有催化剂用的的物质被在还原后将被清除。图5。经渗碳后的MoO3薄膜的在O 1s地区的高分辨率XPS光谱光电子能谱也被用来研究在渗碳后碳键的性质。在

12、碳化钼，包括粉末的碳化钼和薄膜形式的氧化膜的研究中，经常发现石墨碳与Mo2C并存。例如，通过高分辨率透射电子显微镜观察，硬质合金粉末和薄膜的纳米结构层中有非晶形态的石墨碳存在。3，9在这方面的工作进行XPS处理，观察样品是否被污染。图6包含高分辨率光谱的谱区。底部的图谱是测量的沉积的氧化钼薄膜，它显所合成的样品中有C的存在。溅射处理后可以完全消除这一层（中间扫描）。顶端的图谱是受到相同的溅射处理的碳化物膜。信号大小为BE = 283.2 e，峰值与理论的匹配较好，同碳化物的峰值相比较（表一）。4，25，26，30它也有一个较高结合能，表明样品中存在少量石墨碳。图6。经过溅射处理的沉积的MoO3

13、薄膜在C1s区域的高分辨率XPS谱最后，用FESEM 和 AFM对薄膜的形貌进行研究。沉积的氧化膜光滑，无杂色，是我们推断的非晶材料，粒子尺寸为50-100nm。薄膜表面粗糙度为11nm，它的数量级高于沉积氧化物。它是为测定催化性能的材料，纳米结构的细节将对它的催化性能的研究有重要影响。同样，所得纳米结构，可修改它的TPR参数（斜坡率，碳氢化合物等），1-4可用于研究正薄膜形态，它们涉及到催化剂的性能。图7。Mo2C膜的FESEM图像。在一个1 1 m的区域中所测的AFM图。上述测定表明，两阶段的过程都可以得到相纯-Mo2C薄膜。这是一个明显可以通过气象沉积法获得碳化钼薄膜的方法。例如，热化学

14、气相沉积在800，在CMOC1-X阶段产生过化学计量的混合物。14薄膜的的沉积产物是富含碳的，它含有大量的杂质质，8所得的产物的组成也一直是个问题，我们只能着力研究溅射法合成薄膜10 11，利用这些气相技术，我们可以鉴定薄膜组成，并通过控制动力学函数来参杂Mo。相比之下，有氧化物薄膜生长的阶段与缓慢还原过程有利于形成的热力学稳定相2。感谢我们衷心感谢支持这项工作的美国能源部国家能源技术实验室，所提供的DE-FE0001009和国家可再生能源实验室提供的任务订单协议KXEA-3-33607-47。参考文献(1) Lee, J. S.; Oyama, S. T.; Boudart,M. J. Ca

15、tal. 1987, 106, 125133.(2) Oyama, S. T. Catal. Today 1992, 15, 179200.(3) Hanif, A.; Xiao, T.; York, A. P. E.; Sloan, J.; Green, M. L. H. Chem.Mater. 2002, 14, 10091015.(4) Oshikawa, K.; Nagai, M.; Omi, S. J. Phys. Chem. B 2001, 105,91249131.(5) Rebrov, E. V.; Kuznetsov, S. A.; de Croon, M. H. J. M.

16、; Schouten,J. C. Catal. Today 2007, 125, 8896.(6) Dubrovskiy, A. R.; Rebrov, E. V.; Kuznetsov, S. A.; Schouten,J. C. Catal. Today 2009, 147, S198S203.(7) Ko_os, _A .; Solymosi, F. Catal. Lett. 2010, 138, 2327.(8) Yoon, S. F.; Huang, Q. F.; Rusli; Yang, H.; Ahn, J.; Zhang, Q.;Blomfield, C.; Tielsch,

17、B.; Tan, L. Y. C. J. Appl. Phys. 1999, 86, 48714875.(9) Koutzaki, S. H.; Krzanowski, J. E.; Nainaparampil, J. J. Metallurg.Mater. Trans. A 2002, 33, 15791588.(10) De Temmerman, G.; Ley, M.; Boudaden, J.; Oelhafen, P.J. Nucl. Mater. 2005, 337, 956959.(11) Tripathi, C. C.; Kumar, M.; Kumar, D. Appl. S

18、urf. Science 2009,255, 35183522.(12) Leroy, W. P.; Detavernier, C.; Van Meirhaeghe, R. L.; Kellock,A. J.; Lavoie, C. J. Appl. Phys. 2006, 99, 063704.(13) Bagge-Hansen, M.; Outlaw, R. A.; Miraldo, P.; Zhu, M. Y.; Hou,K.; Theodore, N. D.; Zhao, X.; Manos, D. M. J. Appl. Phys. 2008, 103,014311.(14) Lu,

19、 J.; Hugosson, H.; Eriksson, O.; Nordstrom, L.; Jansson, U.Thin Solid Films 2000, 370, 203212.(15) Kuznetsov, S. A.; Dubrovskiy, A. R.; Rebrov, E. V.; Schouten,J. C. Z. Naturforsch., A: Phys. Sci. 2007, 62, 647654.(16) Kitchin, J. R.; Norskov, J. K.; Barteau, M. A.; Chen, J. G. G.Catal. Today 2005,

20、105, 6673.(17) Tracy, C. E.; Benson, D. K. J. Vac. Sci. Technol., A 1986, 4, 23772383.(18) Cross, J. S.; Schrader, G. L. Thin Solid Films 1995, 259, 513.(19) Juppo, M.; Vehkamaki, M.; Ritala, M.; Leskela, M. J. Vac. Sci.Technol., A 1998, 16, 28452850.(20) Seman, M.; Wolden, C. A. J. Vac. Sci. Techno

21、l., A 2003, 21,19271933.(21) Fleisch, T. H.; Mains, G. J. J. Chem. Phys. 1982, 76, 780786.(22) Otterman, C. R.; Bange, K.; Wagner, W.; Laube, M.; Rauch, F.Surf. Interface Anal. 1992, 19, 435.(23) Abdellaoui, A.; Leveque, G.; Donnadieu, A.; Bath, A.;Bouchikhi, B. Thin Solid Films 1997, 304, 3944.(24)

22、 Briggs, D.; Seah, M. P., Eds.; John Wiley and Sons: Chichester,U.K., 1983.(25) Reinke, P.; Oelhafen, P. Surf. Sci. 2000, 468, 203215.(26) Weigert, E. C.; Esposito, D. V.; Chen, J. G. J. Power Sources2009, 193, 501506.(27) Ivanova, T.; Gesheva, K. A.; Popkirov, G.; Ganchev, M.;Tzvetkova, E. Mater. Sci. Eng. B 2005, 119, 232239.(28) Wu, H. H.; Chen, J. G. Chem. Rev. 2005, 105, 185212.(29) Spevack, P. A.; McIntyre, N. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 1102011030.(30) Lu, J.; Jansson, U. Thin Solid Films 2001, 396, 5361.