Novel approaches to chemical modification of diamond surface

Abstract

1 Abstrakt Diamant je výjimečný materiál kvůli své chemické a fyzikální stabilitě. Pokročilé použití materiálů na bázi diamantu jsou založeny na jejich povrchové funkcionalizaci. V této práci byla chemicky modifikována buď tenká vrstva diamantu vzniklého chemickou depozicí z plynné fáze (CVD) nebo nanodiamanty (ND) připravené za vysokého tlaku a teploty (HPHT). CVD diamanty byly použity pro přípravu fotosenzitizované vodivé diamantové elektrody pro barvivem senzitizované solární články (DSSC). Na křemíkové podložce byla vytvořena tenká vrstva borem dopovaného diamantu (BDD). Přidaný bór vytvořil (polo)vodivostní vlastnosti typu p. Poté byl povrch hydrogenován vodíkovou plasmou a na něj jsme za použití UV záření připojili krátkou uhlíkovou spojku s ochráněným aminem. K aminoskupině jsme kovalentně navázali fotoaktivní barvivo (P1), které umožňuje konvertovat fotony na elektrický proud. V dalším projektu jsme k povrchu připojili nové barvivo navržené dle konceptů donor-π- akceptor (DPA). Poslední příspěvek na toto téma systematicky studoval vliv různé vodivosti BDD diamantu a křemíkové podložky na vznikající fotoproudy. Postupně jsme dosáhli zatím nejvyšších zveřejněných fotoproudů 6.6 µA cm2 pro ploché, fotosensitizované BDD elektrody. Monomolekulové povrchové úpravy diamantu je díky jeho malému specifickému...

1 Abstract Diamond is a unique material for its physical and chemical stability. However, many advance applications rely on surface functionalisation. Here, two types of diamond were modified on the surface - thin layer of chemical vapor deposition (CVD) and nanodiamond particles (NDs) high pressure and high temperature (HPHT). The aim of CVD surface modification was to prepare photosensitised, conductive, diamond electrodes for dye sensitized solar cells (DSSC). For this purpose, a thin diamond layer doped with boron was deposited on the silicon wafer. Boron doping provided p-type (semi)conductivity to diamonds. The surface of the diamond was hydrogenated with H-plasma, and a short carbon linker with a protected amino group was UV-photografted to the surface. In another study, a photoconverting dye (P1) was covalently attached to the amine-linker. Furthermore, a dye designed based on donor-π-acceptor (D-π-A) concepts was attached to the surface. Finally, a systematic study was done for differently conductive diamond layer and the underlying silicon wafer These experiments gradually lead to the highest ever reported photocurrents of 6.6 µA cm2 for a flat photosensitised boron-doped-diamond (BDD) electrode. Monomolecular layer surface functionalizations on CVD diamond are difficult to detect or even quantify...