一种催化电极复合薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及催化电极材料，特别提供了一种贵金属与碳复合薄膜及其制备方法。该复合薄膜特征在于该薄膜由贵金属颗粒与碳颗粒相互嵌套组成，其中贵金属为为铂、铱、钌、铑；碳为无定型碳、金刚石和/或类金刚石。该制备方法特征在于有一个密闭的沉积室，工件和靶材通负偏压，有一个进气口和一个出气口，其特征在于以贵金属组合件为靶材，导电难熔材料为工件，其导电难熔材料为钛合金、铌合金、钨钼合金、石墨或碳化物。制备过程中沉积室气压为0.01Pa-30Pa，工件电压为-100V～-300V，靶材电压为-600V～-1200V，引发靶材元素的溅射，形成等离子区域溅射沉积；此时再通入烷气体，流量为10sccm-60sccm，沉积0.5-5h，工件表面可获得贵金属-碳复合薄膜，其厚度为100nm～50μm。
【专利说明】一种催化电极复合薄膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及催化电极材料，特别提供了一种贵金属与碳复合薄膜及其制备方法。
【背景技术】[0002]贵金属涂层具有优良的抗氧化性能、电催化性能、化学性质稳定和最耐腐蚀性，是保护涂层和催化电极的重要功能材料。难熔金属及其合金表面上沉积贵金属则能发挥基体本身和涂层的优点，克服其缺点。2001年出版的《Scripta Materials))第44卷杂志中((Electrochemical properties of iridium-carbon nano composite films prepared byMOCVD)) 一文公开了利用化学气相沉积技术制备出铱-碳纳米复合薄膜，该方法使用有机先驱体作为沉积源，在真空沉积炉中通过高温热分解获得贵金属涂层，但是残留部分的热分解碳杂质。残留的杂质碳能够阻止贵金属晶粒的长大，从而导致铱-碳纳米复合薄膜。利用化学气相沉积技术制备的铱-碳纳米复合薄膜具有较好的催化和电化学能力。2005年出版的《Platinum Metals Review》第 49 卷杂志中《Iridium/Carbon Films Prepared byM0CVD》一文公开了利用化学气相沉积技术制备出铱-碳薄膜，该方法利用三乙酰丙酮铱化合物作为沉积源，通入少量的氧气减少铱薄膜中的碳含量，最终获得的铱-碳薄膜具有较好的催化特性。该方法的优点是低温热分解获得高温涂层、获得致密连续的涂层，该方法缺点是对工艺参数控制困难，沉积速率低，设备昂贵，设备腐蚀性严重，维护费用高。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的一个技术问题是克服现有技术的不足，提供一种催化电极复合薄膜，其特征在于该薄膜由贵金属颗粒与碳颗粒相互嵌套组成。所述的复合薄膜中贵金属为为钼、铱、钌、铑。所述的复合薄膜中贵碳为无定型碳、金刚石和/或类金刚石。
[0004]本发明要解决的另一个技术问题是提供一种催化电极复合薄膜制备方法，有一个密闭的沉积室，工件和靶材通负偏压，有一个进气口和一个出气口，其特征在于以贵金属组合件为靶材，导电难熔材料为工件，其中导电难熔材料为钛合金、铌合金、钨钥合金、石墨或碳化物。所述进气口气体是甲烷、丙烷、丙烯中的一种气体和氩气，进气口持续进气或脉冲式进气；出气口持续抽真空或脉冲式抽真空。制备过程:调节靶材与工件之间的距离，抽真空使沉积室内真空度达到极限真空；再通入氩气至工作气压，沉积室气压为0.01 Pa-30Pa ;然后缓慢增加工件电压，工件电压为-100V~-300V，调整靶材电压和工件电压，靶材电压为-600V~-1200V，引发靶材元素的溅射，形成等离子区域溅射沉积；此时再通入烷气体，流量为10SCCm-60SCCm，沉积0.5_5h，工件表面可获得贵金属-碳复合薄膜，其厚度为IOOnm ~50 μ m。
[0005]应用效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0006](I)成本低；
[0007](2)无腐蚀、无污染；
[0008](3)沉积速率较快；[0009](4)复合涂层具有较好的催化和电化学性能。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0011]实施例
[0012]实施例1
[0013]使用钛合金作为工件，以高纯度的钼板为靶材，真空沉积室中从进气口通入甲烷和氩气甲烷流量为20sccm，氩气流量为50sccm，真空室内工作气压IPa，靶材电压为-900V，工件电压为-200V。经过2h沉积，可获得大约8 μ m厚的钼-碳黑色复合薄膜。钼-碳复合复合薄膜经过投射电镜观察，复合薄膜由致密的纳米颗粒组成，钼颗粒被无定型碳包裹。复合薄膜经过电子能谱仪检测表明碳含量为30at.% -25at.%。
[0014]实施例2
[0015]使用石墨碳作为工件，以高纯度的铱盘为靶材，真空沉积室中从进气口通入丙烯和氩气丙烯流量为35sccm，氩气流量为40sccm，真空室内工作气压5Pa，靶材电压为-850V，工件电压为-200V。经过Ih沉积，可获得大约3 μ m厚的铱-碳复合薄膜。铱-碳复合复合薄膜试样和铱涂层试样进行电化学测试，试样用AB胶封出Icm2的裸面，试验前试样分别以酒精及蒸馏水擦拭、并吹干 ，然后浸入3.5% NaCl的溶液中，测试结果显示铱-碳复合复合薄膜试样比铱涂层试样具有较高的腐蚀电位和较低的电流密度，铱-碳复合复合薄膜电化学性能比铱涂层的电化学性能较好。
[0016]上述仅为本发明的单个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种催化电极复合薄膜，其特征在于该薄膜由贵金属颗粒与碳颗粒相互嵌套组成。
2.根据权利要求书I所述的薄膜，其特征在于所述的贵金属为钼、铱、钌、铑。
3.根据权利要求书I所述的薄膜，其特征在于所述的碳为无定型碳、金刚石和/或类金刚石。
4.一种催化电极复合薄膜的制备方法，有一个密闭的沉积室，工件和靶材通负偏压，有一个进气口和一个出气口，其特征在于以贵金属组合件为靶材，导电难熔材料为工件，沉积室气压为0.01Pa_30Pa。
5.根据权利要求书4所述的制备方法，其特征在于工件电压-1OOV~-300V，靶材电压为-600V ~-1200V。
6. 根据权利要求书4所述的制备方法，其特征在于进气口气体是甲烷、丙烷、丙烯中的一种气体和氩气，烷气体流量为10sccm-60sccm，进气口持续进气或脉冲式进气。
7.根据权利要求书4所述的制备方法，其特征在于出气口持续抽真空或脉冲式抽真空。
8.根据权利要求书4所述的制备方法，其特征在于薄膜厚度为IOOnm~50μ m，沉积时间为 0.5-5h。
9.根据权利要求书4所述的制备方法，其特征在于所述的导电难熔材料为钛合金、铌合金、钨钥合金、石墨或碳化物。
【文档编号】C25B11/08GK103540901SQ201210246211
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】陈照峰, 吴王平 申请人:苏州宏久航空防热材料科技有限公司