Chemical vapor deposition of ruthenium
રુથેનિયમની રાસાયણિક વરાળ જમા કરવી એ રાસાયણિક વરાળ જમા (સીવીડી) દ્વારા સબસ્ટ્રેટ્સ પર રુથેનિયમના પાતળા સ્તરો જમા કરવાની એક પદ્ધતિ છે. રાસાયણિક વરાળ સંચય (સી. વી. ડી.) માં ઉત્પ્રેરકની અશુદ્ધિ-મુક્ત ફિલ્મો વિકસાવવાનો પ્રયાસ કરવામાં એક અનોખો પડકાર ઊભો થાય છે. રુથેનિયમ ધાતુ C-H અને C-C બંધને સક્રિય કરે છે, જે C-H અને C-C બંધને વિખેરવામાં મદદ કરે છે. આ તમામ ધાતુ-કાર્બનિક સીવીડી અગ્રદૂત માટે સંભવિત ઉત્પ્રેરક વિઘટન માર્ગ બનાવે છે જે નોંધપાત્ર કાર્બન સમાવેશ તરફ દોરી જાય તેવી શક્યતા છે. પ્લેટિનમ, રાસાયણિક રીતે સમાન ઉત્પ્રેરક, બેન્ઝિનમાં પાંચ અને છ સભ્યોના ચક્રીય હાઇડ્રોકાર્બનના નિર્જલીકરણને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. રુથેનિયમના ડી-બેન્ડ પ્લેટિનમ કરતાં ઊંચા હોય છે, જે સામાન્ય રીતે પ્લેટિનમ કરતાં મજબૂત રુથેનિયમ-શોષક બંધની આગાહી કરે છે. તેથી, સંભવ છે કે રુથેનિયમ પાંચ અને છ સભ્યોની હાઇડ્રોકાર્બન રિંગ્સના નિર્જલીકરણને બેન્ઝિનમાં ઉત્પ્રેરિત કરે છે. બેન્ઝિન ડિહાઇડ્રોજનેટ્સ રુથેનિયમ સપાટીઓ પર એસિટિલીન અને ઇથેન દ્વારા રચાયેલા હાઇડ્રોકાર્બન ટુકડાઓ જેવા જ હાઇડ્રોકાર્બન ટુકડાઓમાં રુથેનિયમ સપાટીઓ પર આગળ વધે છે. બેન્ઝિન, એસિટિલીન અને ઇથેન ઉપરાંત, પાયરિડીન પણ રુથેનિયમની સપાટી પર વિઘટિત થાય છે, જે સપાટી પર બંધાયેલા ટુકડાઓ છોડી દે છે. ઉત્પ્રેરક તરીકે તેના ઔદ્યોગિક મહત્વને કારણે રુથેનિયમનો સપાટી વિજ્ઞાન અને ઉત્પ્રેરક સાહિત્યમાં અસામાન્ય રીતે સારી રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. સપાટી વિજ્ઞાનમાં રુથેનિયમ પર વ્યક્તિગત પરમાણુ વર્તણૂકના ઘણા અભ્યાસો છે. જો કે, દરેક લિગાન્ડના વર્તનને તેના પોતાના પર સમજવું એ એકબીજા સાથે અને પુરોગામી સાથે સહ-ગ્રહણ કરતી વખતે તેમના વર્તનને સમજવા સમાન નથી. સપાટી વિજ્ઞાનના અભ્યાસો અને સી. વી. ડી. વચ્ચે કોઈ નોંધપાત્ર દબાણનો તફાવત નથી, તેમ છતાં સપાટી વિજ્ઞાનના અભ્યાસો અને સી. વી. ડી. વૃદ્ધિ તાપમાનમાં નોંધાયેલા તાપમાન વચ્ચે ઘણીવાર તાપમાનનો તફાવત હોય છે. આ ગૂંચવણો હોવા છતાં, રુથેનિયમ રાસાયણિક વરાળના સંચય અને ઉત્પ્રેરક ફિલ્મોની પૂર્વવર્તી રચનાને સમજવા માટે એક આશાસ્પદ ઉમેદવાર છે. લિગાન્ડ્સ કે જે તેમના પોતાના અધિકારમાં સ્થિર સંયોજનો છે, ટૂંકા લિગાન્ડ-રુથેનિયમ સંપર્ક સમય અને મધ્યમ સબસ્ટ્રેટ તાપમાન સપાટી પર અનિચ્છનીય લિગાન્ડ વિઘટનને ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. સી-એચ અને સી-સી બોન્ડ સક્રિયકરણ તાપમાન આધારિત છે. જો ઉત્પાદનો રુથેનિયમની સપાટી સાથે બંધાયેલા ન હોય તો ઉત્પાદનનું શોષણ પણ તાપમાન પર આધારિત હોય છે. આ સૂચવે છે કે કેટલાક મહત્તમ તાપમાન હોય છે, જેના પર સી-એચ સક્રિયકરણ થઈ શકે તે પહેલાં સૌથી વધુ સ્વતંત્ર રીતે સ્થિર લિગાન્ડ્સ રુથેનિયમ ફિલ્મ સપાટીમાંથી શોષી લેવા માટે પૂરતી થર્મલ ઊર્જા ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બેન્ઝિન રુથેનિયમ પર 87 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર વિઘટન કરવાનું શરૂ કરે છે. જો કે, નિર્જલીકરણ પ્રતિક્રિયા 277 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ટુકડાઓમાં જતી નથી, અને ઓછી સપાટીના આવરણમાં સ્પર્ધાત્મક વિભાજન જોવા મળતું નથી. આ સૂચવે છે કે જો અધિશોષિત બેન્ઝિન પરમાણુઓ સપાટી પર એકબીજાની નજીક ન હોય અને તાપમાન 277 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઓછું હોય, તો બેન્ઝિન અણુઓની વિશાળ બહુમતી ફિલ્મોમાં કાર્બનનો સમાવેશ કરવામાં ફાળો આપી શકશે નહીં. તેથી, રુથેનિયમ જેવી ઉત્પ્રેરક ધાતુઓની સી. વી. ડી. ફિલ્મો વિકસાવવામાં મુખ્ય વિચારણા અણુ ડિઝાઇન અને વૃદ્ધિના ગતિ પાસાઓનું અનુકૂળ રીતે સંયોજન છે. ધાતુ-કાર્બનિક અગ્રદૂતોનું સંશોધન કરવામાં આવ્યું તે પહેલાં, ટ્રાઇરુથેનિયમ ડોડેકાર્બોનિલ (આરયુ3 (સીઓ) 12) નું સીવીડી અગ્રદૂત તરીકે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે આ અગ્રદૂત સારી ગુણવત્તાની ફિલ્મો આપે છે, ત્યારે વરાળનું દબાણ નબળું હોય છે, જે સીવીડી પ્રક્રિયામાં તેના વ્યવહારુ ઉપયોગને જટિલ બનાવે છે. રુથેનોસીન અને બિસ (ઇથાઇલસાયક્લોપેન્ટાડાયનીલ) રુથેનિયમ (II) અને બીટા-ડાઇકેટોનેટ રુથેનિયમ (II) સંયોજનોની વ્યાપક રીતે શોધ કરવામાં આવી છે. જો કે આ પૂર્વગામીઓ ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા કરતી વખતે ઓછી પ્રતિકારકતાની શુદ્ધ ફિલ્મો પણ આપી શકે છે, તેમ છતાં વૃદ્ધિ દર ખૂબ ઓછો હોય છે અથવા નોંધવામાં આવતો નથી. એક ઉચ્ચ વૃદ્ધિ અગ્રદૂત, સાયક્લોપેન્ટાડાયનીલ-પ્રોપીલસાયક્લોપેન્ટાડાયનીલ્રુથેનિયમ (II) (આર. યુ. સી. પી. (આઈ-પી. આર. સી. પી.)) ની ઓળખ કરવામાં આવી છે. (આર. યુ. સી. પી. (આઈ-પી. આર. સી. પી.) એ 7.5 એનએમ/મિનિટથી 20 એનએમ/મિનિટનો વિકાસ દર હાંસલ કર્યો છે તેમજ ઓછી પ્રતિકારક શક્તિ પણ હાંસલ કરી છે. જો કે, તે ઓક્સાઇડ પર ન્યુક્લિએટ કરતું નથી, તમામ ઉપયોગોમાં તેનો ઉપયોગ નકારી કાઢે છે પરંતુ તાંબાના એકબીજા સાથે જોડાયેલા સ્તરો. (1,5-સાયક્લોઓક્ટાડાઈન) (ટોલ્યુઈન) રુ (0) (1,5-સી. ઓ. ડી.) (ટોલ્યુઈન) રુ) અને (1,3-સાયક્લોહેક્સાડાઈન) (બેન્ઝિન) રુ (0) (1,3-સી. એચ. ડી.) (બેન્ઝિન) રુ) સાથે એક નવો શૂન્ય-વેલેન્ટ, એકલ-સ્રોત પૂર્વવર્તી ડિઝાઇન નમૂનો શરૂ કરવામાં આવ્યો હતો, જેનું પણ સ્વતંત્ર રીતે પરીક્ષણ (1,5-સી. ઓ. ડી.) (ટોલ્યુઈન) રુ નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું; એવું જાણવા મળ્યું હતું કે સી-એચ બોન્ડ્સ 1,5-સી. ઓ. ડી. માં સહેલાઈથી સક્રિય થયા હતા. કાર્બન સમાવેશનું સ્તર નીચું (1-3%) હોવા છતાં, વૃદ્ધિ દર શ્રેષ્ઠ રીતે માત્ર 0.28 nm/મિનિટની આસપાસ હતો. (1,3-સી. એચ. ડી.) (બેન્ઝિન) આર. યુ. નો ઉપયોગ કરીને, 1,3-સી. એચ. ડી. ને અપેક્ષા મુજબ બેન્ઝિનમાં નિર્જલીકૃત કરવામાં આવ્યું હતું, પરંતુ બે લિગાન્ડ્સને સંડોવતા સંભવિત સપાટીની પ્રતિક્રિયાઓની વિશાળ વિવિધતા એક સાંકડી પ્રક્રિયામાં પરિણમી હતી જેમાં કાર્બનની સાંદ્રતા ઓછી હતી. સંદર્ભો રુથેનિયમ રાસાયણિક વરાળ સંચય