Atomic layer deposition of metal oxide by non-aqueous sol-gel chemistry

• Author(s): Marichy, Catherine
• Date: 2012
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/10470
• Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
• Subject(s): Química; Óxidos metálicos; Filmes finos; Nanotubos de carbono
• Document Type: Doctoral thesis
• Language: English

Description

O trabalho apresentado neste manuscrito foi desenvolvido no âmbito do programa doutoral intitulado “Deposição de Camadas Atómicas (ALD) de óxido de metais por sol-gel não-aquoso”. O objectivo deste trabalho foi a preparação de hetero-estruturas funcionais por ALD e a sua caracterização. Foi desenvolvido um novo processo de deposição de óxido de estanho a temperatura baixa-moderada, utilizando um método ALD não-aquoso, o qual foi aplicado com sucesso ao revestimento controlado das paredes internas e externas de nanotubos de carbono. Uma vez que a preparação de nanomateriais funcionais requer uma elevada exatidão do processo de deposição, foi demonstrada a deposição precisa de filmes que se adaptem à forma do substrato ou de filmes nano-estruturados constituídos por partículas em vários substratos. Além disso, foram depositados com grande exatidão vários óxidos de metal em nanotubos de carbono e demonstrou-se a possibilidade de ajustar o revestimento feito por ALD através do controlo da funcionalização da superfície do substrato nano-estruturado de carbono. As hetero-estruturas obtidas foram posteriormente aplicadas como sensores de gases. O melhoramento verificado na sensibilidade foi atribuído à formação de heterojunções p-n entre o filme de óxido de metais e o suporte. O trabalho desenvolvido tendo como objetivo o controlo do revestimento por ALD através da funcionalização da superfície do suporte é certamente de interesse para o design de hetero-estruturas funcionais baseadas em substratos de carbono. De facto, durante o último período do programa de doutoramento, este conceito foi alargado à funcionalização e revestimento com óxidos de metal de fibras de carbono preparadas por “electrospinning”, de forma a melhorar a estabilidade e a atividade eletrocatalítica de catalisadores à base de Pt. Este trabalho foi realizado maioritariamente na Universidade de Aveiro mas também na Universidade Nacional de Seul e beneficiou de várias colaborações internacionais devido à natureza multidisciplinar da área de investigação em que está inserido.

The studies discussed in this manuscript have been carried out under the PhD program entitled “Atomic Layer Deposition of metal oxide by non-aqueous solgel chemistry”. The aim of this work was the elaboration by ALD and characterization of functional heterostructures. A novel low-mild temperature tin dioxide deposition process has been developed using a non-aqueous ALD approach and successfully applied to the conformal and controlled coating of the inner and outer walls of carbon nanotubes. Because a high deposition accuracy is required for the elaboration of functional nanomaterials, the precise deposition of conformal or nanostructured films made of particles onto various substrates was demonstrated. Moreover, various metal oxides have been deposited onto carbon nanotubes in an accurate manner and we have demonstrated the capability to tailor the ALD coating by controlled surface functionalization of the nanostructured carbon-based substrate. The heterostructures obtained were subsequently applied to gas sensing. The improvement of the sensitivity recorded was attributed to the formation of a p-n heterojunction between the metal oxide thin film and its support. The work aimed to control the ALD coating through the surface functionalization is certainly of interest for designing functional heterostructures based on carbonbased substrates. As a matter of fact, during the last period of the PhD program, this concept was extended to the metal oxide functionalization and coating of electrospun carbon fibers for the enhancement of Pt-based electrocatalyst activity and stability. This work was mainly carried out at the University of Aveiro, but also at the Seoul National University, and benefits of several international collaborations due to the multidisciplinar nature of the research field.