用共濺射的方法制備了Pt-C薄膜,薄膜由Pt納米粒子和非晶C組成。電子顯微鏡和X射線衍射的測試結果顯示Pt納米粒子鑲嵌在非晶C之中。高分辨率透射電子顯微圖像證實了2~3 nm的Pt粒子鑲嵌于非晶C層中。Pt和Pt-C薄膜的電化學特性是通過循環伏安法來研究的,電解液為氮氣飽和的0.5g/mol的硫酸溶液。與純Pt薄膜相比,Pt-C薄膜顯示了更高的電化學活性面積,這主要是由于非晶C支撐基材的存在降低了Pt納米顆粒的粒徑。

　　關鍵詞：共濺射;Pt薄膜;Pt-C薄膜;電化學活性面積

　　近來, 以非晶為基質的金屬納米復合結構材料得到了廣泛的研究, 由于它們在物理、化學、催化等方面的特殊性能而被用于各種應用[1-11]。共濺射方法是用于制備這種納米結構材料的最有前景的幾種方法之一。另外, 在許多金屬/ 非晶基體的納米復合材料中, Pt/ 非晶基體催化劑被許多研究小組研究過, 例如, Lee[7] 以及合作者用共濺射法制備了納米結構的Pt/ Fe-磷酸鹽薄膜電極用于甲醇的氧化。Kim 等[8] 用射頻磁控共濺射系統制備了新型的P-tNiO 和P-t TiO2 對電極。Ahn 等[9-11] 使用共濺射方法制備了P-t CuO 和P-t CeO2 納米復合材料用于直接甲醇燃料電極, 結果表明, 與純Pt 電極相比, 這些電極顯示出了更高的催化氧化甲醇的活性; 同時也用這種方法研究了納米結構的Pt 對用于微電化學容器的Co3O4 電極的電化特性的影響[11] 。

　　在本文的工作中, 用共濺射方法制備了納米結構的P-t C 薄膜, 比較了它與用傳統濺射方法制備的純Pt 電極的微觀結構以及電化學性能。當濺射純Pt 的時候, 由于Pt 原子之間結合優先于Pt 與支撐物的結合, 因而到達支撐物上的Pt 原子擴散并形成島狀的結構[8] 。島狀的Pt 原子團由于聯合效應而最終形成了Pt 薄膜, 然而, 當Pt 與C 一起進行濺射時, 由于C 的存在, 島狀Pt 的聯合效應受到了限制,這導致了納米Pt 晶粒與非晶C 混合的新型薄膜的形成[ 8] 。本工作的目的是共濺射Pt 與C 從而降低納米顆粒的粒徑以提高它的電化學活性面積。

　　在碳紙上濺射沉積Pt 和共濺射沉積P-t C在碳紙上用傳統的射頻磁控濺射沉積裝置在室溫下分別濺射沉積Pt 和P-t C 薄膜, 靶與基底之間的距離保持在510 cm。磁控濺射裝置包括了一個不銹鋼腔體, 一個機械泵和一個分子泵將真空抽至610@ 10- 3 Pa 以下, 一個針閥控制濺射氣體Ar 的氣壓。當濺射Pt 的時候, 射頻功率以及濺射氣體氣壓分別保持在110 W 和510 Pa。Pt 靶的尺寸為40 mm@ 40mm @ 2 mm。當共濺射P-t C 時, 濺射參數與濺射純Pt 的一樣, 在這種情況下, 碳靶( 40 mm @ 20 mm @ 2mm) 被置于Pt 靶上, 如圖1 所示, Pt 和C 被同時濺射。

　　通過共濺射方法得到了納米結構的P-t C 薄膜,HRTEM, XRD 和XPS 結果表明了在非晶C 層中有納米Pt 粒子。與Pt 相比, 支撐物如C 的引入對Pt 的催化活性起到了促進的作用, P-t C 薄膜表現出了很高的電化學活性面積, 這可能由于C 的引入降低了Pt 的粒徑, 從而增大了它的電化學活性面積。

　　Abstract: The nano-structured Pt-C films were deposited by co-sputtering of Pt and C targets on substrates of carbon and Si.The microstructures and properties of the Pt-C films were characterized with X-ray diffraction,X-ray photoelectron spectroscopy,high resolution transmission electron microscopy,and cyclic voltammetry.The results show that the Pt nano-particles,2～3 nm in diameter,embedded in an amorphous C matrix,dominates in the Pt-C films.The cyclic voltammetry study of the Pt and Pt-C films,in N2-saturated 0.5 g/mol H2SO4 aqueous solution,indicates that the Pt-C films possess a much larger area with high electrochemical activity than that of the control sample,possibly because of the small size of the carbon-isolated Pt nano-particle.

　　Keywords: Co-sputtering,Pt thin film,Pt-C thin film,Electrochemically active surface area