[发明专利]一种具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜及其制备方法，该方法是通过磁控共溅射技术首先制备包含贵金属的二元或多元伪合金体系，再辅助后续气氛退火处理，制备具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜。本发明本工艺过程环境友好，简单易行，不使用有毒有害化学试剂，对基底无特殊要求，只需两步即可得到催化性能优异、膜基结合力强的复合薄膜，在氧化还原反应、化学电源、污染物降解、光电器件等领域都具有良好的应用潜力和前景，为催化薄膜的工业化应用提供了新的普适性的技术思路。

技术领域

本发明属于催化薄膜材料技术领域，特别涉及一种具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜及其制备方法，所制备材料可用于氧化还原反应、化学电源、降解污染物、光电器件等领域。

背景技术

贵金属/氧化物催化剂材料被广泛的应用在三个方面，即在氧化还原反应中的应用(包括加氢还原反应和氧化反应中的应用)、在化学电源中的应用及环境保护领域的应用。改善贵金属纳米颗粒在氧化物基体上的均匀分布情况，可以显著提升其电学及化学反应特性。因此可知该复合材料的性能表现与单元组分分布方式密切相关，而制备方法和工艺则决定了贵金属与氧化物的分布形式。目前大量氧化物负载贵金属的合成方法，主要集中在浸渍法、共沉淀、溶胶凝胶法、气相沉积法或离子交换法将金属组分引入到氧化物载体表面。上述方法的特点是首先获得氧化物载体材料，然后将纳米贵金属粒子固定在载体材料上，从而获得氧化物负载贵金属催化剂。但上述方法均为化学溶液方法，均不宜实现两种单元组分的均匀混合，比如球形氧化物材料用作载体时，贵金属只能负载于球形表面，不能被球形包覆或存在于球形材料的缺陷及空隙中。与此同时，上述制备方法步骤繁杂，大量涉及贵金属盐、强还原剂、有机溶剂的使用，成本较高，对环境有一定的污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种利用平衡/非平衡磁控共溅射技术首先制备包含贵金属的二元或多元伪合金体系，再辅助后续气氛退火处理，制备的具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜。本发明方法简单易行，工艺环境友好，无需使用化学试剂；膜基结合力强，对基底无特殊要求，可实现大面积制备。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜，贵金属/氧化物复合薄膜为采用磁控共溅射方法制备的二元或多元伪合金体系薄膜，所述二元或多元伪合金体系薄膜包含一种贵金属元素，该贵金属元素与其余任一种金属元素均不固溶；所述贵金属元素以微纳尺度的小颗粒、小岛的形式存在，且以一定间距分布于其余金属元素对应的氧化物之上。

优选的，所述贵金属以直径5～500nm的小颗粒或尺寸为0.5～3μm的小岛的形式存在，且间隔100nm～5μm分布于氧化物薄膜之上。

优选的，所述复合薄膜的整体厚度为100nm以上。

优选的，所述贵金属包括金、银或钌；

所述二元伪合金体系包括金-钴、金-钼、金-锗、金-锑、银-铬、银-钨、银-钴、银-钼、银-铌、银-钒、钌-镁、钌-钼、钌-铜或钌-铟；

所述多元伪合金体系包括金-钴-钼、银-钨-钼或钌-铜-钼。

本发明进而给出了一种具有催化特性的贵金属/氧化物复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)对基底进行超声清洗和干燥处理，然后将其装夹在试样托盘上送入溅射腔体；

2)将贵金属靶Ⅰ安装在具有非平衡磁场的靶位上，将其余金属靶Ⅱ、Ⅲ安装在具有平衡磁场的靶位上，并将溅射腔体抽至预定的本底真空度；

3)以高纯氩气为工作气体，在工作气压和预定温度下通过控制其余金属靶Ⅱ、Ⅲ和贵属靶Ⅰ功率比范围为1:1～5:1，共溅射其余金属靶Ⅱ、Ⅲ和贵金属靶Ⅰ，试样盘以一定速度旋转溅射；