Gd2CuO4薄膜与Si, SiO2/Si基底界面相互作用研究

采用XRD和俄歇电子能谱（AES）等技术研究了钙钛矿型Gd2CuO4薄膜与基底Si和SiO2/Si的界面相互作用,发现衬底对Gd2CuO4薄膜的晶化特性有很大影响,以单晶Si为基镀时,Gd2CuO4薄膜经600℃热处理1h即可形成钙钛矿型晶体结构,而以SiO2/Si为基底时,经700℃热处理1h能形成较完善的钙钛矿型晶体结构,Gd2CuO4薄膜的晶粒度随热处理温度的升高而增大,热处理时间对晶粒度则影响较小,AES深度剖析表明,形成的薄膜组成均匀,在界面上有一定程度的扩散,以Si为基底时,Gd2CuO4与基底Si相互扩散,以SiO2/Si为基底时则主要是薄膜中Gd,Cu向SiO2层中的扩散,AES线性分析表明,在薄膜与基底的界面上,各元素的俄歇电子动能发现位移,表明基底作用使界面上元素的化学环境发生了变化。     

Ti/ZrN2/Si薄膜界面扩散反应的研究

利用直流磁控反应溅射法在Si基底上制备了Ti/ZrN2/Si多层薄膜，利用俄歇深度剖析和线形分析研究了真空热处理前后膜层间的界面状态及相互作用.研究结果表明，Ti膜和ZrN2膜均在沉积过程中发生了界面扩散作用，真空热处理可以显著地增强Ti/ZrN2/Si膜层间的界面扩散和化学反应，并分别在界面层生成了TiNx和SiNx等物种.     

金刚石颗粒表面Cr金属化及薄膜间界面扩散反应的研究

运用直流磁控溅射法可在金刚石颗粒表面沉积150nm的金属Cr层.在超高真空条件下,经300-600℃的热退火处理,可促进Cr膜与金刚石基底间的界面扩散和反应.利用俄歇电子能谱研究了Cr/金刚石颗粒界面的结合状态,发现Cr与金刚石薄膜发生了强烈的界面扩散,Cr元素渗入金刚石层达90nm,并在界面上发生化学反应形成Cr的碳化物层.对界面扩散反应动力学的研究表明,Cr/金刚石界面扩散反应的表观活化能为38.4kJ/mol,界面扩散反应主要由碳的扩散过程控制.热处理温度越高,界面扩散及反应越显著,但不利于碳化物层生成的氧化反应速度也会有所增加,界面反应产物从Cr₂C₃转变为Cr₂C物种.延长热处理时间有利于金属碳化物的生成,同样导致界面反应产物从Cr₂C₃转变为Cr₂C物种.     

不锈钢基底上TiO2薄膜型光催化剂的制备和化学结构

采用钛酸正丁酯作为前驱体,通过溶胶-凝胶法在不锈钢基片上制备了TiO2纳米薄膜。利用俄歇电子能谱(AES)和紫外反射光谱等研究手段,对TIO2薄膜的化学结构及基底材料界面相互作用进行了系统研究。结果发现,在不锈钢基底上形成的TiO2薄膜与基底材料发生了明显的界面扩散反应。在TiO2薄膜的形成过程中,不锈钢中Fe元素向TiO2薄膜层扩散,并与从大气氛中扩散到界面的氧发生化学反应,形成铁氧化物界面过渡层。界面氧化过程,导致了Fe向样品表面的偏析和扩散。在高温热处理过程中,Fe可以扩散到TiO2薄膜的表面。薄膜催化剂的紫外反射光谱表明,界面扩散反应导致了Fe扩散进入TiO2薄膜的晶格,从而改变了薄膜催化剂的光吸收性能。     

铝基板的界面扩散对薄膜型TiO2光催化活性的影响

以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法在铝基板表面制备了纳米晶TiO2薄膜. 运用XRD、SEM和XPS对制得的薄膜进行表征, 并测试了薄膜光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性. 结果表明, TiO2薄膜样品在450 ℃焙烧30 min后, 晶粒排列比较致密, 粒径为10-20 nm, 并与铝基板紧密结合; 薄膜与铝基板发生了明显的界面扩散, 薄膜中的Al元素来自铝基板的界面扩散, 且界面层很宽, 扩散层厚度约为75 nm; 界面扩散的发生直接导致了TiO2薄膜的光催化活性下降. 但随着薄膜厚度增加, 铝基板对TiO2薄膜降解亚甲基蓝催化活性的影响不断减小.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及红外光学性能

采用双离子束溅射方法在Si3N4/SiO2/Si基底表面沉积氧化钒薄膜, 在氮气气氛下热处理获得二氧化钒薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了热处理温度对氧化钒薄膜晶体结构、表面形貌和组分的影响, 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对二氧化钒薄膜的红外透射性能进行了测试分析. 结果表明, 所制备的氧化钒薄膜以非晶态V2O5和四方金红石结构VO2为主, 经400 ℃、2 h热处理后获得了(011)择优取向的单斜金红石结构纳米VO2薄膜, 提高热处理温度至450 ℃, 纳米结构VO2薄膜的晶粒尺寸减小. FT-IR结果显示,纳米VO2薄膜透射率对比因子超过0.99, 高温关闭状态下透射率接近0. 小晶粒尺寸纳米VO2薄膜更适合在热光开关器件领域应用.     

Fe~(3+)/TiO_2多孔纳米薄膜的制备与光催化活性的研究

本研究采用溶胶 凝胶法制备含铁离子的二氧化钛多孔纳米薄膜,并将其作为光催化剂,光降解反应结果表明,含铁二氧化钛复合纳米薄膜的光催化活性明显提高.光电化学研究表明,铁离子可以形成电荷陷阱,促进空穴的界面传递反应,从而提高了光催化活性.     

Ta/Al-Fe2O3薄膜电极的制备及其光电催化降解亚甲基蓝性能

采用简单的涂滴法制备出新型的Al、Ta 共掺杂的三元铁氧化物(Ta/Al-Fe₂O₃)可见光响应型光催化薄膜. 运用X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)光谱等手段对其进行了表征, 考察了其光电化学性能, 并研究了复合电极光电催化降解亚甲基蓝(MB)废水的反应性能. 由表面谱学分析可知, Ta 和Al 成功掺入Fe₂O₃中, Ta 会改变催化剂表面Al 和O的化学环境. 在可见光照射下的光电催化(PEC)反应中, Ta/Al-Fe₂O₃降解MB的反应速率约为Al-Fe₂O₃的2 倍, 光电催化共作用的效果优于单纯光催化作用(PC)和电催化(EC)作用的效果.结果表明, Ta掺杂有利于提高Ta/Al-Fe₂O₃薄膜的光电催化活性.     

光催化降解丙酮的原位红外研究

对催化剂.Pt/V2O5/MgF2在反应温度为120～150℃之间进行了光催化降解丙酮的研究,研究在可见光下进行,发现反应温度对光催化反应有明显的影响.在排除热反应的情况下,温度升高能加速丙酮的光催化反应.丙酮的光催化反应是从它的甲基上开始的,可能先生成了CH3COCH2O-吸附物,它进一步被氧化成丙酮醛、丙酮酸以及碳二醛、乙酸和碳一吸附物种,最终氧化成CO2和水.在没有光和较低的反应温度下,有CO生成,但是在可见光的照射下CO被迅速转化成CO2.研究表明,V2O5/MgF2与Pt/V2O5/MgF2为可见光条件下具备活性的光催化剂.     

复合光催化材料H3PW122O40/Ta2O5光催化降解染料的研究

采用溶胶-凝胶法制备了半导体型金属氧化物Ta2O5,并通过浸渍法与杂多酸H,PW12O40复合,获得了纳米复合光催化材料H3PW12O40/Ta2O5.通过1CP-AES、FT-lR、N2吸附、Tc等手段对其组成、结构及其表面物理化学性质进行了表征,并在可见光下考察了该复合材料对可溶性染料罗丹明B和亚甲基蓝的光催化活性.实验结果表明,该复合材料存可见光下有较好的光催化活性,其中,H3PW12O40/Ta2O5在180min内对亚甲基蓝的光催化降解转化率达到78%.     

Ta3N5 nanoparticles with enhanced photocatalytic efficiency under visible light irradiation

Nanocrystalline Ta(3)N(5) particles with a surface area of more than 33 m(2)/g were synthesized by nitridation of nanosized Ta(2)O(5) particles using NH(3) as the reactant gas. It was found that nanocrystalline Ta(2)O(5) was converted into Ta(3)N(5) completely (by X-ray diffraction, XRD) at 700 degrees C within 5.0 h, which was much lower than the temperature 900 degrees C for the complete nitridation of micrometer-sized Ta(2)O(5) powder. The oxide precursor and the resulting nitride were characterized by XRD analysis, transmission electron microscopy, UV-vis diffuse reflectance spectra, and BET surface area techniques. The nitrogen contents in the prepared Ta(3)N(5) powders were quantitatively determined with a CHN elemental analyzer. Nanocrystalline Ta(3)N(5) showed an absorption edge of around 600 nm, and Ta(3)N(5) in the size of about 26 nm exhibited a blue shift of 15 nm in the adsorption edge. The photocatalytic activity of the prepared Ta(3)N(5) under UV-vis and visible light irradiation was compared to that of nanocrystalline TiO(2-x)N(x) using the photocatalytic degradation of methylene blue (MB) as a model reaction. The Ta(3)N(5) nanoparticles showed the significantly enhanced photocatalytic activity for the degradation of MB in comparison with the larger-sized Ta(3)N(5). Moreover, the nanocrystalline Ta(3)N(5) showed much higher photocatalytic activity under visible light irradiation compared with TiO(2-x)N(x) in the same size.     

Control of the metal-support interface of NiO-loaded photocatalysts via cold plasma treatment

NiO-loaded semiconductors have been extensively used as the photocatalysts for water splitting. The metal-support interface is an important factor affecting the efficiency. In the present work, the pretreatment methods were studied to produce a more desirable metal-support interface using Ta2O5 and ZrO2 as the support. The traditional method includes a thermal decomposition, reduction at 773 K, and oxidation at 473 K (R773-O473). The thermal decomposition of Ni(NO3)2 makes the Ni atoms migrate into the bulk of the supports, resulting in a diffused interfacial region. Alternatively, a cold plasma treatment was used to replace the thermal decomposition. Metal salts are quickly decomposed by glow discharge plasma treatment at room temperature, avoiding the thermal diffusion of Ni atoms. With the sequent R773-O473 treatment, a clean metal-support interface is produced. Moreover, the metal particles have optimal shapes with a larger surface. In photocatalysis, the clean metal-support interface is more favorable for the charge separation and transfer, and the increased metal surface provides more active sites. NiO/Ta2O5 and NiO/ZrO2 prepared with the plasma treatment exhibit higher activity for photocatalytic hydrogen generation from pure water and methanol solution, respectively. This work shows the potential of cold plasma treatment in the preparation of metal-loaded catalysts and nanostructured materials.     

BBDMS-PPV/ITO界面结构ADXPS研究

聚合物电致发光器件（Polymer Electroluminescent Device,PLED)已显示出广阔的应用前景^[1-6]。已往人们比较重视阴极材料的选择及相关金属与有机界面的研究^[7],而有关发光层或空穴传输层与阳极ITO膜之间的界面结构及化学问题则少见报道。事实上,ITO膜与有机层之间的作用对器件的可靠性及寿命具有更为严重的影响^[8,9]。由于异质界面的过渡层结构复杂,以纳米尺度上化学组成是非计量比的,因此对这种极薄的埋藏界面的研究方法还需进一步探索。本文通过模型试样制备和变角X射线光电子谱（ADXPS）技术,对PLED中共轭导电聚合物聚2,5－二（二甲基正丁基硅基）对苯乙烯撑（BBDMS－PPV）与阳极ITO膜所形成的界面结构进行了初步研究。     

五氧化二钽纳米柱的水热合成和光催化性能

以聚乙烯醇(PEG)为结构导向剂,利用水热法合成了形貌可控的Ta2O5纳米柱.采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、漫反射紫外-可见光谱和光致发光光谱对所制备样品进行了表征.考察了结晶时间和Ta2O5/Sr(OH)2摩尔比等合成参数对样品形貌的影响,并在此基础上对Ta2O5纳米粒可能的生长机理进行了推测.结果表明,在PEG和Sr(OH)2存在条件下可以合成形貌可控的Ta2O5纳米柱.研究了紫外光下Ta2O5纳米柱降解罗丹明B的光催化性能,发现Ta2O5的形貌对光催化性能有很大影响, Ta2O5纳米柱的光催化性能与其长度和直径比成线性关系.催化降解反应的表观速率常数最高可达0.156 min–1,且经多次循环使用后,样品仍然保持较高的催化性能.     

Sacrificial adhesion promotion layers for copper metallization of device structures

The adhesion of copper films to adjacent device layers including TiN, Ta, and TaN diffusion barriers is a crucial reliability issue for integrated circuits. We report that ultrathin layers of poly(acrylic acid) (PAA) prepared on barrier surfaces or on the native oxide of Si wafers dramatically increase the interfacial adhesion of Cu films deposited by the H2 assisted reduction of bis(2,2,7-trimethyloctane-3,5-dionato)copper in supercritical carbon dioxide. Similar improvements were achieved on Si wafers using a simple vapor phase exposure of the substrate to acrylic acid prior to metallization. The deposited films and the substrate/Cu interfaces were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microscopy, atomic force microscopy, and variable-angle spectroscopic ellipsometry. No trace of the adhesion layer was detected at the interface, indicating it was sacrificial at the deposition conditions used. Moreover, the presence and subsequent decomposition of the PAA layer during deposition substantially reduced or eliminated metal oxides at the substrate interface. For depositions on PAA-treated Si wafers, copper was present primarily as Cu0 at the interface and Si was present only as Si0. On PAA-treated Ta substrates, XPS analysis indicated Ta was present primarily as Ta0 at the metallized interface whereas Ta2O5 dominated the interface of samples prepared without the adhesion layers. The technique can be extended to patterned substrates using adsorption of acrylic acid or thermal/UV polymerization of acrylic acid.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能. 光催化实验证明, 随着催化剂中金红石含量减少, 催化剂的光催化活性逐渐提高. X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明, 催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构, 并随着金红石含量减少, 催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加, 而且费米能级逐渐提高. 表面羟基和桥氧是有利于光催化的“活性物种”; 费米能级的提高使TiO2/H2O 面处TiO2的表面带弯增大, 导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大, 有效地促进了光生载流子的分离; 这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

Keggin型铬取代的磷钨杂多阴离子/二氧化钛纳米膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为TiO₂前驱体,Keggin型铬取代的杂多阴离子PW₁₁Cr为可见光活性组分,采用溶胶-凝胶提拉法在玻片表面制备了PW₁₁Cr/TiO₂纳米膜光催化剂,并用UV-Vis DRS、IR、XRD、SEM和TEM等技术手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相和表面结构形貌等进行了表征;讨论了膜中PW₁₁Cr和TiO₂相互作用的方式;以染料模型污染物RhB的可见光催化降解为探针,评估了PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂的可见光催化活性,讨论了光催化反应机理,并与TiO₂的光催化反应机理进行了比较;考察了焙烧温度、PW₁₁Cr剂量和溶液pH值对光催化活性的影响;最后用RhB的循环降解实验评估了催化剂的光催化稳定性。 实验结果表明,PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂对可见光有明显吸收,较低焙烧温度(100 ℃)下得到的膜为无定形结构,而较高焙烧温度(500 ℃)为纳晶结构;前者的光催化活性较高,在200 W金卤灯照射下降解10 μmol/L RhB,120 min的降解率为95%,4 h的COD去除率为72%;羟基自由基是导致RhB降解的主要氧活性物质;低的膜处理温度,高的PW₁₁Cr负载量和溶液酸性有利于提高PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性;经循环重复使用10次,PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性仅有较少损失。     

无 氧 条 件 下ＴｉＯ２ 薄 膜 界 面 光 催 化 反 应 的ＸＰＳ 研 究

设计利用X射线光电子能谱仪的高真空系统作为无氧条件下光催化反应和分析的场所,研究真空无氧环境和大气有氧环境中紫外光激发TiO2薄膜表面的光催化反应,并对无氧条件下TiO2薄膜降解亚甲基蓝进行初步探索.结果表明,在大气有氧和真空无氧条件下TiO2薄膜经紫外光照后,表面的化学组成和化学状态均发生了变化;在有氧环境中TiO2薄膜表面氧含量增加,而在无氧环境中TiO2薄膜表面氧含量减少.TiO2薄膜表面的吸附氧是维持无氧条件下光催化反应的重要原因,增加薄膜表面吸附氧的含量能提高TiO2薄膜在无氧环境中的催化活性.此外,无氧条件下TiO2薄膜降解亚甲基蓝光催化反应过程中,亚甲基蓝分子只是脱去了某个含氮的基团,生成了中间产物,而并没有完全降解.