近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部激光晶體研究中心在硼硅共摻和硼鎢共摻金剛石的制備與性能研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果分別以“Unusual electrochemical properties of boron and silicon co-doped diamond electrodes”和“Impact of tungsten doping on the physicochemical properties of boron-doped diamond electrodes”為題發(fā)表于Surfaces and Interfaces。 

摻硼金剛石電極具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，已在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。硅、鎢作為金剛石中常見的雜質(zhì)元素，在某些金剛石的生長過程中會不可避免的被引入金剛石晶格中。因此，闡明這些雜質(zhì)共摻的影響規(guī)律和作用機(jī)理對于提升摻硼金剛石電極性能具有重要意義。

圖1 不同樣品的循環(huán)伏安曲線

研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)摻雜氣路，實(shí)現(xiàn)了硼硅、硼鎢共摻金剛石電極的可控制備，并研究了其對電極性能的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，硅共摻可以降低摻硼金剛石電極表面含氧官能團(tuán)的含量，從而促進(jìn)內(nèi)球電子轉(zhuǎn)移。另一方面，硅共摻也引入了額外的缺陷能級，降低了電極的載流子密度，導(dǎo)致外球電子轉(zhuǎn)移速率的降低。此外，隨著生長過程中硅濃度的提升，金剛石電極中出現(xiàn)碳化硅相，電極性能顯著下降。而鎢共摻對摻硼金剛石電極的內(nèi)球電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生了不利影響，同時(shí)也引入了顯著的應(yīng)力和額外的能級，使金剛石帶隙變窄，促進(jìn)了外球電子轉(zhuǎn)移。該研究為新型金剛石電極的設(shè)計(jì)提供了參考。

圖2 不同樣品的Mott- Schottky曲線

（來源：中國科學(xué)院上海光機(jī)所）