搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

退火时间对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响

胡衡 胡晓君 白博文 陈小虎

退火时间对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响

胡衡, 胡晓君, 白博文, 陈小虎
PDF
导出引用
导出核心图
  • 采用高分辨透射电镜、紫外和可见光Raman光谱及循环伏安法研究了1000 ℃下退火不同时间的硼掺杂纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能. 结果表明,随退火时间的延长,薄膜中纳米金刚石晶粒尺寸逐渐减小.当退火时间为0.5 h时, 金刚石晶粒尺寸由未退火样品的约15 nm减小为约8 nm, 金刚石相含量增加;当退火时间为2.0 h时,金刚石晶粒减小为23 nm, 此时晶界增多,金刚石相含量减少;退火时间为2.5 h时纳米金刚石晶粒尺寸和金刚石相含量又略有上升.晶粒尺寸和金刚石相含量的变化表明薄膜在退火过程中发生了金刚石和非晶碳相的相互转变.可见光Raman光谱测试结果表明,不同退火时间下, G峰位置变化趋势与ID/IG值变化一致,说明薄膜内sp2碳团簇较大时, 非晶石墨相的有序化程度较高.退火0.5, 1.0, 1.5和2.0 h时, 电极表面进行准可逆电化学反应,而未退火和退火时间为2.5 h时电极表面进行不可逆电化学反应.退火有利于提高薄膜电极的传质效率, 退火0.5 h时薄膜电极的传质效率最高,催化氧化性能最好.较小的晶粒尺寸、 较高的金刚石相含量以及纳米金刚石晶粒的均匀分布有利于提高电极表面反应的可逆性和催化氧化性能.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50972129, 50602039)和浙江省钱江人才计划(批准号: 2010R10026)资助的课题.
    [1]

    Fujishima A, Rao T N, Popa E, Sarada B V, Yagi I, Tryk D A 1999 J. Electroanal. Chem. 473 179

    [2]

    Sarada B V, Rao T N, Tryk D A, Fujishima A 1999 J. Electrochem. Soc. 146 1469

    [3]

    Xu J S, Chen Q Y, Swain G M 1998 Anal. Chem. 70 3146

    [4]

    Swain G M 1994 J. Electrochem. Soc. 141 3382

    [5]

    Declements R, Swain G M 1997 J. Electrochem. Soc. 144 856

    [6]

    Fischer A E, Swain G M 2005 J. Electrochem. Soc. 152 369

    [7]

    Li S S, Ma H A, Li X L, Su T C, Huang G F, Li Y, Jia X P 2011 Chin. Phys. B 20 028103

    [8]

    Achatz P, Garrido J A, Stutzmann M, Williams O A, Gruen D M, Kromka A, Steinmüller D 2006 Appl. Phys. Lett. 88 101908

    [9]

    May P W, Ludlow W J, Hannaway M 2008 Diam. Rel. Mater. 17 105

    [10]

    Show Y, Witek M A, Sonthalia P 2003 Chem. Mater. 15 879

    [11]

    Pan J P, Hu X J, Lu L P, Yin C 2010 Acta Phys. Sin. 59 7410 (in Chinese) [潘金平, 胡晓君, 陆利平, 印迟 2010 物理学报 59 7410]

    [12]

    Ferrari A C, Robertson J 2001 Phys. Rev. B 64 075414

    [13]

    Rodil S E, Muhl S, Maca S, Ferrari A C 2003 Thin Solid Films 433 119

    [14]

    Hu X J, Ye J S, Liu H J, Shen Y G, Chen X H, Hu H 2011 J. Appl. Phys. 109 053524

    [15]

    Ferrari A C, Robertson J 2004 Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 362 2477

    [16]

    Birrell J, Gerbi J E, Auciello O, Gibson J M, Johnson J, Carlisle J A 2005 Diam. Rel. Mater. 14 86

    [17]

    Ferrari A C, Robertson J 2000 The NATO Conference on Nanostructured Carbon for Advanced Applications, Erice, July, 2000 p177-184

    [18]

    Pfeiffer R, Kuzmany H, Knoll P, Bokova S, Salk N, Günther B 2003 Diam. Relat. Mater. 12 268

    [19]

    Ferrari A C, Robertson J 2001 Phys. Rev. B 63 121405

    [20]

    Ferrari A C, Robertson J 2000 Phys. Rev. B 61 14095

    [21]

    Klauser F, Steinmuüller-Nethl D, Kaindl R, Bertel E, Memmel N 2010 Chem. Vap. Deposition 16 127

    [22]

    Teii K, Ikeda T, Fukutomi A, Uchino K 2006 J. Vac. Sci. Technol. B 24 263

    [23]

    Jeedigunta S, Xu Z Q , Hirai M, Spagnol P, Kumar A 2008 Diam. Rel. Mater. 17 1994

    [24]

    Michaelson S, Hoffman A 2006 Diam. Rel. Mater. 15 486

    [25]

    Hu X J, Cao H Z, Zheng G Q, Cao S 2006 J. Chem. Eng. Chin. Univ. 20 932 (in Chinese) [胡晓君, 曹华珍, 郑国渠, 曹帅 2006 高校化学工程学报 20 932]

    [26]

    Show Y, Witek M A, Snothalia P, Swain G M 2003 Chem. Mater. 15 879

    [27]

    Ramesham R 1998 Thin Solid Films 315 222

    [28]

    Haymond S, Babcock T G, Swain G M 2002 J. Am. Chem. Soc. 124 10634

  • [1]

    Fujishima A, Rao T N, Popa E, Sarada B V, Yagi I, Tryk D A 1999 J. Electroanal. Chem. 473 179

    [2]

    Sarada B V, Rao T N, Tryk D A, Fujishima A 1999 J. Electrochem. Soc. 146 1469

    [3]

    Xu J S, Chen Q Y, Swain G M 1998 Anal. Chem. 70 3146

    [4]

    Swain G M 1994 J. Electrochem. Soc. 141 3382

    [5]

    Declements R, Swain G M 1997 J. Electrochem. Soc. 144 856

    [6]

    Fischer A E, Swain G M 2005 J. Electrochem. Soc. 152 369

    [7]

    Li S S, Ma H A, Li X L, Su T C, Huang G F, Li Y, Jia X P 2011 Chin. Phys. B 20 028103

    [8]

    Achatz P, Garrido J A, Stutzmann M, Williams O A, Gruen D M, Kromka A, Steinmüller D 2006 Appl. Phys. Lett. 88 101908

    [9]

    May P W, Ludlow W J, Hannaway M 2008 Diam. Rel. Mater. 17 105

    [10]

    Show Y, Witek M A, Sonthalia P 2003 Chem. Mater. 15 879

    [11]

    Pan J P, Hu X J, Lu L P, Yin C 2010 Acta Phys. Sin. 59 7410 (in Chinese) [潘金平, 胡晓君, 陆利平, 印迟 2010 物理学报 59 7410]

    [12]

    Ferrari A C, Robertson J 2001 Phys. Rev. B 64 075414

    [13]

    Rodil S E, Muhl S, Maca S, Ferrari A C 2003 Thin Solid Films 433 119

    [14]

    Hu X J, Ye J S, Liu H J, Shen Y G, Chen X H, Hu H 2011 J. Appl. Phys. 109 053524

    [15]

    Ferrari A C, Robertson J 2004 Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 362 2477

    [16]

    Birrell J, Gerbi J E, Auciello O, Gibson J M, Johnson J, Carlisle J A 2005 Diam. Rel. Mater. 14 86

    [17]

    Ferrari A C, Robertson J 2000 The NATO Conference on Nanostructured Carbon for Advanced Applications, Erice, July, 2000 p177-184

    [18]

    Pfeiffer R, Kuzmany H, Knoll P, Bokova S, Salk N, Günther B 2003 Diam. Relat. Mater. 12 268

    [19]

    Ferrari A C, Robertson J 2001 Phys. Rev. B 63 121405

    [20]

    Ferrari A C, Robertson J 2000 Phys. Rev. B 61 14095

    [21]

    Klauser F, Steinmuüller-Nethl D, Kaindl R, Bertel E, Memmel N 2010 Chem. Vap. Deposition 16 127

    [22]

    Teii K, Ikeda T, Fukutomi A, Uchino K 2006 J. Vac. Sci. Technol. B 24 263

    [23]

    Jeedigunta S, Xu Z Q , Hirai M, Spagnol P, Kumar A 2008 Diam. Rel. Mater. 17 1994

    [24]

    Michaelson S, Hoffman A 2006 Diam. Rel. Mater. 15 486

    [25]

    Hu X J, Cao H Z, Zheng G Q, Cao S 2006 J. Chem. Eng. Chin. Univ. 20 932 (in Chinese) [胡晓君, 曹华珍, 郑国渠, 曹帅 2006 高校化学工程学报 20 932]

    [26]

    Show Y, Witek M A, Snothalia P, Swain G M 2003 Chem. Mater. 15 879

    [27]

    Ramesham R 1998 Thin Solid Films 315 222

    [28]

    Haymond S, Babcock T G, Swain G M 2002 J. Am. Chem. Soc. 124 10634

  • [1] 顾珊珊, 胡晓君, 黄凯. 退火温度对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和p型导电性能的影响. 物理学报, 2013, 62(11): 118101. doi: 10.7498/aps.62.118101
    [2] 潘金平, 胡晓君, 陆利平, 印迟. 退火对B掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响. 物理学报, 2010, 59(10): 7410-7416. doi: 10.7498/aps.59.7410
    [3] 王锐, 胡晓君. 氧离子注入纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能研究. 物理学报, 2014, 63(14): 148102. doi: 10.7498/aps.63.148102
    [4] 蒋梅燕, 朱政杰, 陈成克, 李晓, 胡晓君. 硫离子注入纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能. 物理学报, 2019, 68(14): 148101. doi: 10.7498/aps.68.20190394
    [5] 杨秀涛, 梁忠冠, 袁雨佳, 阳军亮, 夏辉. 多孔碳纳米球的制备及其电化学性能. 物理学报, 2017, 66(4): 048101. doi: 10.7498/aps.66.048101
    [6] 侯贤华, 余洪文, 胡社军. 锂离子电池Sn-Al薄膜电极的制备及电化学性能研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8226-8230. doi: 10.7498/aps.59.8226
    [7] 王桂强, 刘洁琼, 董伟楠, 阎超, 张伟. 氮/硫共掺杂多孔碳纳米片的制备及其电化学性能. 物理学报, 2018, 67(23): 238103. doi: 10.7498/aps.67.20181524
    [8] 杨富华, 王永谦, 陈长勇, 陈维德, 刁宏伟, 许振嘉, 张世斌, 孔光临, 廖显伯. a-Si∶O∶H薄膜微结构及其高温退火行为研究. 物理学报, 2001, 50(12): 2418-2422. doi: 10.7498/aps.50.2418
    [9] 杨铎, 钟宁, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬. 磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能. 物理学报, 2013, 62(3): 036801. doi: 10.7498/aps.62.036801
    [10] 张增院, 郜小勇, 冯红亮, 马姣民, 卢景霄. 真空热退火温度对单相Ag2O薄膜微结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(3): 036107. doi: 10.7498/aps.60.036107
    [11] 王永谦, 陈维德, 陈长勇, 刁宏伟, 张世斌, 徐艳月, 孔光临, 廖显伯. 快速热退火和氢等离子体处理对富硅氧化硅薄膜微结构与发光的影响. 物理学报, 2002, 51(7): 1564-1570. doi: 10.7498/aps.51.1564
    [12] 任 鹏, 刘小兵, 史向华, 柳 玥, 柳 毅, 丁训民, 侯晓远, 廖太长, 熊祖洪. 声空化物理化学综合法制备发光多孔硅薄膜的微结构与发光特性. 物理学报, 2005, 54(1): 416-421. doi: 10.7498/aps.54.416
    [13] 何学敏, 钟伟, 都有为. 核壳结构磁性复合纳米材料的可控合成与性能. 物理学报, 2018, 67(22): 227501. doi: 10.7498/aps.67.20181027
    [14] 高 炬, 胡凤霞, 王 勇, 贾全杰, 张红娣, 安玉凯, 麦振洪. La0.8Ca0.2MnO3/SrTiO3薄膜厚度对其结构及磁学性能的影响. 物理学报, 2007, 56(9): 5347-5352. doi: 10.7498/aps.56.5347
    [15] 黄乐旭, 陈远富, 李萍剑, 黄然, 贺加瑞, 王泽高, 郝昕, 刘竞博, 张万里, 李言荣. 氧化石墨制备温度对石墨烯结构及其锂离子电池性能的影响. 物理学报, 2012, 61(15): 156103. doi: 10.7498/aps.61.156103
    [16] 李娟, 汝强, 孙大伟, 张贝贝, 胡社军, 侯贤华. 锂离子电池SnSb/MCMB核壳结构负极材料嵌锂性能研究. 物理学报, 2013, 62(9): 098201. doi: 10.7498/aps.62.098201
    [17] 王长远, 杨晓红, 马勇, 冯媛媛, 熊金龙, 王维. 水热合成ZnO:Cd纳米棒的微结构及光致发光特性. 物理学报, 2014, 63(15): 157701. doi: 10.7498/aps.63.157701
    [18] 李国华, 丁 琨, 董宝中, 刘丰珍, 朱美芳, 谷锦华, 周玉琴, 刘金龙, 周炳卿. 利用x射线小角散射技术研究微晶硅薄膜的微结构. 物理学报, 2005, 54(5): 2172-2175. doi: 10.7498/aps.54.2172
    [19] 屠惠琳, 肖绍球, 杨智杰, 王秉中. 基于时间反演电磁波的微结构天线的单频点超分辨力聚焦研究. 物理学报, 2014, 63(8): 084102. doi: 10.7498/aps.63.084102
    [20] 苏贤礼, 唐新峰, 李涵. 熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响. 物理学报, 2010, 59(4): 2860-2866. doi: 10.7498/aps.59.2860
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  2376
  • PDF下载量:  621
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-02
  • 修回日期:  2011-12-21
  • 刊出日期:  2012-07-05

退火时间对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响

  • 1. 浙江工业大学化学工程与材料学院, 杭州 310014
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50972129, 50602039)和浙江省钱江人才计划(批准号: 2010R10026)资助的课题.

摘要: 采用高分辨透射电镜、紫外和可见光Raman光谱及循环伏安法研究了1000 ℃下退火不同时间的硼掺杂纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能. 结果表明,随退火时间的延长,薄膜中纳米金刚石晶粒尺寸逐渐减小.当退火时间为0.5 h时, 金刚石晶粒尺寸由未退火样品的约15 nm减小为约8 nm, 金刚石相含量增加;当退火时间为2.0 h时,金刚石晶粒减小为23 nm, 此时晶界增多,金刚石相含量减少;退火时间为2.5 h时纳米金刚石晶粒尺寸和金刚石相含量又略有上升.晶粒尺寸和金刚石相含量的变化表明薄膜在退火过程中发生了金刚石和非晶碳相的相互转变.可见光Raman光谱测试结果表明,不同退火时间下, G峰位置变化趋势与ID/IG值变化一致,说明薄膜内sp2碳团簇较大时, 非晶石墨相的有序化程度较高.退火0.5, 1.0, 1.5和2.0 h时, 电极表面进行准可逆电化学反应,而未退火和退火时间为2.5 h时电极表面进行不可逆电化学反应.退火有利于提高薄膜电极的传质效率, 退火0.5 h时薄膜电极的传质效率最高,催化氧化性能最好.较小的晶粒尺寸、 较高的金刚石相含量以及纳米金刚石晶粒的均匀分布有利于提高电极表面反应的可逆性和催化氧化性能.

English Abstract

参考文献 (28)

目录

    /

    返回文章
    返回