Angew：N-杂环卡宾纳米层用于延缓铜膜氧化

Nanoyu

2022-03-23

铜（Cu）的广泛应用受到其快速氧化的限制。目前，主要的氧化缓解方法包括合金化或表面钝化技术。然而，表面合金化通常会改变Cu的物理性质，而表面钝化的特征在于有限的热和化学稳定性。

近日，希伯来大学Elad Gross报道了通过使用炔官能化咪唑鎓盐的电化学辅助去质子化，可以在铜膜上制备2 nm厚的NHC纳米层，并且表明纳米层涂层提供了减轻铜氧化的表面钝化。

文章要点

1）在电化学纳米层形成过程中，通过水还原在铜电极上电化学形成氢氧根离子。局部碱的形成使得咪唑盐前体的去质子化和NHCs在铜电极上的锚定成为可能。炔烃基团被局部碱性环境去质子化，导致表面聚合和纳米层形成。NHC纳米层的特征在于诱导2.0±0.5 nm厚度的纳米层的自限制生长机制。

2）去质子化、表面锚定和聚合步骤之间的高度空间和时间接近性使得能够在铜电极上形成NHC纳米层，并且避免了液相聚合。此外，咪唑鎓和炔烃基团之间的pKa差异提供了区分表面锚定和聚合步骤的能力，并形成具有强表面亲和力的高密度单层。封装纳米层中的强卡宾-金属相互作用和NHC互连提供了高的热和化学稳定性，并减轻了高温（100 ℃）和碱性环境下空气中的铜氧化，这似乎是合理的。此外，NHC纳米层的氧化缓解能力优于NHC单层。

3）这种电化学诱导的NHC纳米层的容易制备和良好控制的生长过程使其成为大规模涂覆的容易应用的方法，从而为铜表面提供薄且有效的钝化层。此外，NHC纳米层形成的电诱导机制使得在导电铜线上选择性沉积保护层而不改变整个器件的光学特性成为可能。这些优点使得本技术非常适合要求高透明度的应用，例如太阳能电池和电致发光器件。

参考文献

Iris Berg, et al, N-Heterocyclic Carbene Nanolayer For Copper Film Oxidation Mitigation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201093

https://doi.org/10.1002/anie.202201093