Шанхайский институт оптики и точной механики добился нового прогресса в исследовании алмазов, легированных бором
2025-10-28
В последние годы электроды из легированного бором алмаза (BDD) широко используются в электрохимическом окислении, очистке сточных вод и производстве сенсоров благодаря широкому электрохимическому диапазону, высокой химической стабильности и превосходной коррозионной стойкости. Электрохимические характеристики BDD зависят, главным образом, от таких факторов, как концентрация легирующей примеси, морфология кристаллов и химические свойства поверхности.
Однако примеси часто неизбежно попадают в электроды BDD в процессе химического осаждения из паровой фазы. Например, при химическом осаждении из паровой фазы с использованием горячей нити (HFCVD) вольфрамовая нить, используемая в качестве нагревательного элемента, выделяет в систему следовые количества атомов металла. Эти примеси вольфрама (W) могут внедряться в решетку алмаза, влияя на свойства материала. Хотя это явление давно наблюдалось экспериментально, его специфическое влияние на характеристики электродов BDD долгое время игнорировалось.
Группа исследователей под руководством Хан Иня из Шанхайского института оптики и точной механики Китайской академии наук провела систематическое исследование для решения этой проблемы. Используя метод микроволнового плазменно-химического осаждения из газовой фазы (MPCVD), группа изготовила серию электродов из легированного вольфрамом и легированного бором алмаза (WBDD) с различным содержанием вольфрама и систематически исследовала их микроструктуру, оптические характеристики и электрохимические свойства. Результаты исследования были опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces (2025) в статье под названием «Impact of tungsten doping on the physicochemical properties of boron-doped diamond electrodes».
Исследователи впервые отметили, что в ходе традиционного процесса изготовления электродов BDD в систему неизбежно попадают металлические примеси. Предыдущие исследования показали, что примеси, такие как кремний, могут существенно изменять поверхностные функциональные группы и свойства переноса заряда в BDD, но роль вольфрама изучена менее систематически. Чтобы исключить неконтролируемые факторы, в данном исследовании активно вводилось контролируемое количество источника вольфрама (W(CO)₆) с помощью MPCVD, одновременно с использованием триметилбората (TMB) в качестве источника бора, что позволяло регулировать концентрацию легирования при различных скоростях потока. Образцы осаждались на титановую подложку при температуре роста около 750 °C и подвергались различным методам постосаждения.
В данном исследовании систематически выявлены множественные механизмы воздействия легирования вольфрамом на электроды из алмаза, легированного бором. Это открытие не только обеспечивает теоретическую основу для оптимизации конструкции высокопроизводительных алмазных электродов, но и открывает новые идеи в области легирования для исследований в области алмазной оптоэлектроники и квантово-информационных материалов.
![Рисунок 4. Циклические вольтамперограммы BDD и WBDD1–4, измеренные при скорости сканирования 100 мВ/с в 2 М растворе KCl: (a) 1 мМ раствор K₃[Fe(CN)₆]; (b) 2 мМ раствор [Ru(NH₃)₆]Cl₃. Стрелки указывают направление сканирования.](https://cdn.cnyandex.com/sanfu/uploads/1028-5.png "1028 (5)")
