Les oxydes de manganèse ont de nombreuses applications dans les batteries, supercondensateurs, microélectronique et (électro)catalyse, qui peuvent tous grandement bénéficier du MnO déposé de manière conforme 2 sur des structures à rapport d'aspect élevé, par exemple. collecteurs de courant de batterie 3D, ou des supports catalytiques à grande surface spécifique.

Récemment publié dans ACS Chimie des Matériaux , chercheurs de l'IMEC, La KU Leuven et l'Université de Gand ont développé une méthode peu coûteuse et rapide pour le dépôt de couches minces conformes de MnO 2 sur des substrats nanostructurés avec une précision proche d'une monocouche, en concurrence avec le dépôt par couche atomique (ALD) de pointe.

La nouvelle méthode a été inspirée par la démonstration au lycée de première année d'une réaction d'oxydoréduction, où le permanganate de potassium aqueux (KMnO 4 ) est réduit par un alcool (par exemple l'éthanol) à pH neutre, formant du MnO solide 2 dans le gros de la solution. Dans la nouvelle méthode, la quantité de MnO tel que formé 2 a été limitée à une monocouche en utilisant de l'alcool propargylique aqueux - un alcool insaturé qui peut fortement chimisorber sur divers substrats, permettant la réduction de sa quantité à une monocouche pour la réaction ultérieure avec KMnO 4 . Ainsi, le procédé consiste à répéter des cycles d'adsorption limitée en surface d'alcool propargylique et son oxydation ultérieure avec du permanganate de potassium aqueux, formant une quantité contrôlable de MnO 2 sur le substrat à chaque cycle.

Parce que la quantité d'oxyde de manganèse formée dans chaque cycle est limitée par la quantité de monocouche de l'alcool adsorbé, la croissance présente les caractéristiques d'autolimitation du dépôt de couche atomique (ALD). Cette technique de pointe est basée sur une réaction cyclique de précurseurs gazeux sur une surface, et assure généralement la plus grande conformité du revêtement et le contrôle de l'épaisseur de la sous-monocouche, au prix d'un taux de dépôt très faible, besoin de températures élevées, précurseurs coûteux et complexes, réacteurs étanches aux gaz isolés thermiquement.

Contrairement à l'ALD typique, le nouveau dépôt de couche redox (RLD) est réalisé sous air, à température ambiante, en utilisant des produits chimiques courants et bon marché et de la verrerie simple - littéralement, deux béchers. Cela réduit considérablement les coûts et la complexité du dépôt, le rendant accessible à pratiquement n'importe quel laboratoire ou usine de fabrication. La méthode montre également une croissance par cycle au moins 4 fois plus élevée et est au moins 1,5 fois plus rapide que le processus ALD connu de MnO 2 grâce à la haute densité d'adsorption des molécules d'alcool et de MnO 4 ^- ions sur les substrats. La méthode RLD a également été utilisée avec succès pour enrober des nanofils de Ni complexes interconnectés en 3D avec du MnO fin. 2 , ce qui n'a pas pu être réalisé avec l'ALD thermique typique.

Ce travail est la première démonstration d'une croissance de type ALD d'un oxyde métallique réalisée entièrement en phase aqueuse et à l'air libre. Ceci est un différentiateur important des quelques procédés ALD en phase liquide précédemment rapportés de certains oxydes métalliques (par exemple MnO X , TiO 2 ou MgO), qui utilisaient tous des précurseurs sensibles à l'eau dissous dans des solvants organiques et, Donc, conditions anhydres requises et environnement de gaz neutre d'une boîte à gants ou d'une ligne Schlenk. Bien qu'actuellement limités aux substrats constitués de métaux de transition (par exemple Ni, Ti, Pt) et leurs oxydes (par exemple TiO 2 ), la gamme de substrats compatibles pourrait être augmentée à l'avenir, par ex. Al 2 O 3 ou SiO 2 , en choisissant des adsorbats organiques appropriés. Aussi, la méthode RLD pourrait être testée pour déposer d'autres oxydes que le MnO 2 , en utilisant différents complexes métalliques qui forment des produits insolubles lors de la réaction redox.

Globalement, grâce à sa simplicité, le dépôt conforme de MnO 2 peut être facilement mis à l'échelle et donc exploité pour ses nombreuses applications (électro)chimiques.