FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法技术

技术编号:18295148 阅读:13 留言:0更新日期:2018-06-28 08:10
本发明专利技术公开FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法,沉积方法包括步骤:将铁前驱体和硫前驱体送入放有基底的沉积腔室中,沉积腔室温度设定为20~400℃,进行FeSx薄膜的沉积;沉积结束后,进行降温处理,待温度降至室温后,将包覆有FeSx薄膜的基底取出。本发明专利技术使用ALD工艺在基底上制备了纳米级的FeSx薄膜(催化剂),并使用制备的FeSx催化剂催化芳基偶氮化合物选择性还原成肼撑苯基化合物。使用ALD制备的FeSx催化剂,各种类型的芳基偶氮化合物都能被选择性还原,且可在温和反应条件下实现高活性和选择性催化反应,所以采用ALD工艺制备的FeSx在有机合成方面具有广泛的应用前景。

FeSx thin film, hydrazine phenyl compound, deposition method and preparation method

The invention discloses a FeSx film and a hydrazine phenyl compound and a deposition method and a preparation method. The deposition method comprises the steps of sending an iron precursor and a sulphur precursor into a sedimentary chamber with a base, setting the temperature of the deposition chamber to be 20~400 C and depositing the FeSx film; after the deposition, the temperature is reduced to the temperature, and the temperature is reduced to the temperature. After the room temperature, the substrate coated with FeSx film was removed. The invention uses the ALD process to prepare the nanoscale FeSx film (catalyst) on the substrate, and uses the prepared FeSx catalyst to catalyze the selective reduction of the aryl azo nitrogen compound into a hydrazine - supported phenyl compound. Using the FeSx catalyst prepared by ALD, all kinds of aryl azo compounds can be selectively reduced, and can achieve high activity and selective catalytic reaction under mild reaction conditions. So the FeSx prepared by ALD technology has a wide application prospect in organic synthesis.

【技术实现步骤摘要】
FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法
本专利技术涉及材料合成与有机催化领域,尤其涉及FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法。
技术介绍
硫化铁(FeSx)是一重要且富足的材料,近年来对其在太阳能电池,锂离子电池,析氢催化,氧还原催化,CO2还原催化和有机合成催化等应用领域的研究引起了科研人员的极大关注。其中的一些应用领域中使用纳米结构的FeSx作为活性材料,这是因为纳米结构材料通常包含相当高的表面积,可暴露大量的活性位点,因此可以显著提高活性材料的性能。为了制作纳米结构的FeSx,过去已经尝试了许多合成方法,包括基于溶液的方法,机械球磨,气相硫化和化学气相沉积等。但现有技术中所制备的FeSx,其活性和催化性能都还有待提高。因此,现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足,本专利技术的目的在于提供FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法,旨在解决现有技术制备的FeSx活性和催化性能都还有待提高的问题。本专利技术的技术方案如下:一种采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其中,包括步骤:将铁前驱体和硫前驱体送入放有基底的沉积腔室中,沉积腔室温度设定为20~400℃,进行FeSx薄膜的沉积;沉积结束后,进行降温处理,待温度降至室温后,将包覆有FeSx薄膜的基底取出。所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其中,所述铁前驱体为N,N'-烷基取代的脒基铁类化合物。所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其中,所述硫前驱体为H2S。所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其中,所述基底为单晶硅、二氧化硅或多孔γ-Al2O3,所述基底为粉末或多孔介质。一种FeSx薄膜,其中,采用如上任一项所述的方法沉积得到。一种肼撑苯基化合物的制备方法,其中,包括步骤:将包覆有FeSx薄膜的基底、偶氮苯或其衍生物和溶剂混合,并在惰性气氛下进行反应,在反应过程中加入氢源,反应结束后,得到反应产物肼撑苯基化合物。所述的肼撑苯基化合物的制备方法,其中,在氩气或氮气气氛下进行反应。所述的肼撑苯基化合物的制备方法,其中,所述氢源为氢气、氢化钠、氢化锂铝、氨硼烷、NaBH4。所述的肼撑苯基化合物的制备方法,其中,所述溶剂为有机溶剂。一种肼撑苯基化合物,其中,采用如上任一项所述的制备方法制成。有益效果:本专利技术使用ALD工艺在基底上制备了纳米级的FeSx薄膜(催化剂),并使用制备的FeSx催化剂催化芳基偶氮化合物选择性还原(氢化)成肼撑芳基化合物。使用ALD制备的FeSx催化剂,各种类型的芳基偶氮化合物的选择性还原,可在温和的反应条件下实现对其肼撑基化合物的高活性和选择性催化反应,所以采用ALD工艺制备的FeSx在有机合成方面具有广泛的应用前景。附图说明图1为原子层沉积FeSx薄膜的生长行为结果。图2为不同沉积温度下FeSx薄膜的TEM图像与对应的电子衍射图像。图3为沉积的FeSx薄膜中,铁/硫原子百分比随温度的变化趋势。图4为160℃下沉积25nmFeSx薄膜的XPS表征结果。图5为不同沉积温度下得到的20nm厚FeSx薄膜的AFM与SEM图像。图6为深宽比为10:1沟槽内沉积FeSx薄膜的截面SEM图像。图7为在多孔γ-Al2O3上制备纳米级FeSx薄膜的SEM与EDS表征结果。具体实施方式本专利技术提供FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法,为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术所提供的一种采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其包括步骤:将铁前驱体和硫前驱体送入放有基底的沉积腔室中,沉积腔室温度设定为20~400℃,进行FeSx薄膜的沉积;沉积结束后,进行降温处理,待温度降至室温后,将包覆有FeSx薄膜的基底取出。本专利技术是采用原子层沉积(ALD)的方法(即ALD工艺)进行FeSx薄膜制备。ALD采用表面饱和自限制化学反应的生长原理,允许设计的材料以原子级别厚度逐层生长,理论上任何复杂的3D结构都可通过ALD保形且均匀地进行材料包覆,同时该工艺具有优异的可重复性,能够以原子级别的精度控制所制备薄膜的成分和厚度。在制备本专利技术的催化剂材料(FeSx)过程中,其尺寸、组成和活性位点,均可利用ALD原子级别精度控制,实现催化剂材料的良好控制与均匀分布,其不仅可以提高催化剂的活性、选择性和稳定性,而且可以促进反应机理和催化剂结构-性能关系的阐明。本专利技术能够在相当宽的温度范围内遵循理想的ALD自限制生长行为,对薄膜生长速率和性质(例如晶体结构,化学组成和表面形态)随温度的变化进行了详细分析,结果表明ALD方法沉积的FeSx薄膜纯度高,表面平滑且具有好的结晶性。此外,ALD方法沉积的FeSx薄膜能够得到高达10:1深宽比的沟槽,这表明该ALD工艺非常适合于在复杂3D复合物或多孔纳米结构上制备保形和均匀的FeSx薄膜,因此可以广泛应用于纳米科学和纳米工程中。本专利技术中的铁前驱体为N,N'-烷基取代的脒基铁类化合物,例如为二(N,N'-二叔丁基乙脒基)铁[Fe(amd)2]。另外,所述的铁前驱体Fe(amd)2中的叔丁基也可以替换为乙基、异丙基、仲丁基、叔戊基或仲戊基等烷基,其中的乙脒基可以替换为甲脒基、异丙脒基或正丁基等基团。优选的,所述硫前驱体为H2S。在制备过程中,所述H2S前驱体为稀释于N2中体积含量为1%H2S的混合气体。在原子层沉积过程中,FeSx薄膜的工艺条件中,沉积腔室的沉积温度为80-300℃,沉积腔室的沉积气压为0.3-20Torr。进一步,所述基底为单晶硅、二氧化硅或多孔γ-Al2O3,所述基底为粉末或多孔介质,本专利技术的基底也可以是本领域常见的任何基底。单晶硅与二氧化硅基底可先进行预处理,例如依次在丙酮、异丙醇、酒精、去离子水中分别超声10min后,再用高纯氮气吹洗干净,之后使用UV/臭氧处理5min。多孔γ-Al2O3(粉末状态)在900℃下加热活化24小时。将处理好的基底放入沉积腔室内的基片台上,对铁前驱体、沉积腔室和基底进行加热,升到指定温度后,设定铁前驱体的脉冲次数和氮气吹洗时间,设定H2S的脉冲次数和氮气吹洗时间,并设定周期数,进行原子层沉积FeSx薄膜。其中,铁前驱体的加热温度为75℃。一个优选实例如下:将清洗好的基底放入沉积腔室内的基片台上,待沉积腔室内气压抽至本底后,对铁前驱体、沉积腔室、基底进行加热,同时通入0.3Torr的氮气,升到指定温度(即沉积腔室设定温度)后对其进行0.5h的预热处理;设定铁前驱体脉冲次数和氮气吹洗时间分别为4次和30s,H2S前驱体的脉冲次数和氮气吹洗时间分别为4次和30s,设定周期数,进行原子层沉积FeSx薄膜。沉积腔室温度设定为20~400℃,即从室温至400℃,优选的,沉积腔室温度设定为120~180℃,例如160℃,在该条件下,可较好地保持FeSx薄膜性能。本专利技术还提供一种FeSx薄膜,其采用如上所述的方法沉积得到。将沉积在多孔γ-Al2O3上的FeSx薄膜,溶解在HCl:HNO3质量比为3:1的混合溶液中,使用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测定铁的浓度,进而确本文档来自技高网...
FeSx薄膜、肼撑苯基化合物及沉积方法和制备方法

【技术保护点】
1.一种采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其特征在于,包括步骤:将铁前驱体和硫前驱体送入放有基底的沉积腔室中,沉积腔室温度设定为20~400℃,进行FeSx薄膜的沉积;沉积结束后,进行降温处理,待温度降至室温后,将包覆有FeSx薄膜的基底取出。

【技术特征摘要】
1.一种采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其特征在于,包括步骤:将铁前驱体和硫前驱体送入放有基底的沉积腔室中,沉积腔室温度设定为20~400℃,进行FeSx薄膜的沉积;沉积结束后,进行降温处理,待温度降至室温后,将包覆有FeSx薄膜的基底取出。2.根据权利要求1所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其特征在于,所述铁前驱体为N,N'-烷基取代的脒基铁类化合物。3.根据权利要求1所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其特征在于,所述硫前驱体为H2S。4.根据权利要求1所述的采用原子层沉积的方法沉积FeSx薄膜的方法,其特征在于,所述基底为单晶硅、二氧化硅或多孔γ-Al2O3,所述基底为粉末或多孔介质。5....

【专利技术属性】
技术研发人员:王新炜国政邵友东
申请(专利权)人:北京大学深圳研究生院
类型:发明
国别省市:广东,44

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