基底温度调控原子层沉积法制备钌纳米颗粒的结构与碱性氢氧化反应活性研究

本文通过原子层沉积(ALD)技术精准调控基底温度(250-350°C)，制备了具有可调结晶度和表面粗糙度的钌纳米颗粒(Ru NPs)，系统研究了温度对颗粒结构及碱性氢氧化反应(HOR)活性的影响。研究发现300°C制备的2.2 nm部分晶化Ru NPs具有最佳电化学活性面积(ECSA)和氢结合能(HBE)，其质量活性与比活性均优于商业Ru/C，为阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)阳极材料开发提供了新思路。

　　

Highlight

钌纳米颗粒(Ru NPs)通过原子层沉积(ALD)技术在碳载体上合成，用于开发碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)中高性能的非铂氢氧化反应(HOR)催化剂。系统研究了基底温度对Ru NPs结构和催化活性的影响。

Results and discussion

为评估ALD表面反应特性，首先使用Ru(CO)₃(η⁴-C₆H₈)前驱体在SiO₂晶圆上沉积钌薄膜。在300°C下保持10秒吹扫、5秒O₂脉冲和10秒吹扫的恒定序列，通过改变前驱体脉冲时间验证ALD机制。如图1(a)所示，当脉冲时间从0.5秒增加到3秒时，薄膜生长速率先升高后稳定在1.23 ?/循环（1秒时达到饱和）。

Conclusion

本研究通过改变基底温度，采用ALD技术在碳黑上合成Ru NPs，探究了其在碱性介质中HOR的结构和电化学特性。沉积温度的系统变化揭示了结晶度、NPs分散性和催化活性之间的强相关性。在碳载体上合成Ru/C之前，先在SiO₂基底上沉积钌薄膜，结果显示饱和生长速率达到1.2～1.4 ?/循环。