[發明專利]一種氣相團簇反應裝置、反應系統與方法

在審

• 申請號: 202010625704.3
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111733392A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 駱智訓;殷保祺;吳海銘;郭夢迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/46;C23C14/54
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 劉小娟

本發明涉及一種氣相團簇反應裝置、反應系統與方法。本發明所述反應裝置包括反應部件和蒸發部件，其中，所述反應部件包括反應室，所述反應室設有反應開口端；所述蒸發部件包括伸縮組件和加熱元件，所述伸縮組件包括蒸發室，所述蒸發室連通所述反應室，所述加熱元件連接所述伸縮組件，用于對所述蒸發室加熱。本發明可通過蒸發部件將固體有機物升華為氣態，經過分流后成為超音速膨脹分子束與軸向飛行的金屬團簇在反應管中高效精準地反應生長成為金屬?有機簇合物。

技術領域

本發明涉及團簇反應技術領域，具體涉及一種氣相團簇反應裝置、反應系統與方法。

背景技術

金屬有機雜化材料不僅兼具無機材料和有機材料各自的優點，而且可以通過調控金屬與有機分子之間的相互作用獲得新的光學、電學、催化等性能，已成為功能材料領域一個極具潛力的研究方向和熱點課題。金屬與有機分子之間存在著多種能量傳遞和電荷轉移相互作用，包括金屬與金屬之間、有機配體之間以及金屬與有機配體之間的相互作用，調控金屬簇合物內/間的相互作用對于設計合成性能增強的功能性材料至關重要。然而，由于目前多采用液相合成法進行相關研究，難以排除溶劑對簇合物的干擾。團簇氣相研究方法能夠在原子分子水平上精準調控團簇的組分和結構。

金屬-有機氣相團簇反應的常用思路是通過磁控濺射金屬靶材的方式產生金屬團簇，金屬團簇在反應裝置中與中性超音速膨脹分子束碰撞、冷卻、反應、生長成為金屬-有機簇合物。簇合物的形成和生長與腔體壓力、靶槍功率、加熱溫度、反應管位置等因素有關，在反應過程中，如何協同調節各項參數以實現對其結構-性能的精準調控是目前金屬-有機簇合物氣相反應裝置的難點。反應裝置如何能夠對有機物氣化使之與金屬團簇進行有效反應也是該領域的關鍵研發方向。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提供一種氣相團簇反應裝置、反應系統及方法，以解決氣相有機物與金屬團簇反應的上述其一或多個技術難題。

本發明首先提出一種氣相團簇反應裝置，所述反應裝置包括反應部件和蒸發部件，其中，

所述反應部件包括反應室，其串聯基于磁控濺射金屬團簇束源組件和基于有機固體熱蒸發束源部件的開口，所述反應室設有基于流動管式反應氣入口和反應產物出口的開口端；

所述蒸發部件包括伸縮組件和加熱元件，所述伸縮組件包括蒸發室，所述蒸發室連通所述反應室，所述加熱元件連接所述伸縮組件，用于對所述蒸發室加熱。

上述技術方案使得能夠在蒸發室內放置固體有機物，經加熱蒸發后的氣體有機物與通過磁控濺射產生的金屬團簇在反應室內進行反應。而且反應室的取樣位置可調、蒸發室溫度可控可調，使得能夠調節有機-金屬氣相反應處于合適的狀態。

根據本發明的一種實施方式，所述伸縮組件包括底座和空心管，所述底座設有腔室，所述空心管的外壁與所述底座的腔室的內壁螺紋連接，所述空心管的一端封閉，另一端開口，該另一端用于與所述反應室相連通，所述空心管的所述一端的內側至所述伸縮組件與所述反應部件的連接處形成所述蒸發室。

根據本發明的一種實施方式，所述蒸發部件還包括分流器，所述分流器設于所述伸縮組件與所述反應部件的連接處。

根據本發明的一種實施方式，所述分流器為漏斗，所述漏斗的大口朝向所述反應部件，所述漏斗的小口朝向所述空心管。

根據本發明的一種實施方式，所述加熱元件為陶瓷加熱棒，該陶瓷加熱棒穿入所述底座的孔中，所述底座和所述空心管均為導熱材料構成。

根據本發明的一種實施方式，所述蒸發部件還包括熱電偶，該熱電偶插入所述底座的孔中，用于實時監測所述蒸發室溫度。

根據本發明的一種實施方式，所述蒸發部件設于所述反應部件的反應室下方，所述反應部件為夾層結構，所述蒸發室通過所述夾層連通所述反應室。