金属金薄膜因其独特的物理特性，如高电导率、高热导率和抗腐蚀性，在装饰艺术和现代技术中得到了广泛应用。近年来，原子层沉积（ALD）技术因其能够精确控制薄膜厚度和均匀性，成为一种重要的薄膜制备方法。然而，寻找合适的分子前驱体仍然是实现这一技术的关键挑战之一。本文介绍了一种合成多种[AuMe₂(dtc)]（dtc = 二硫代氨基甲酸盐）化合物的新方法，这些化合物被评估为金薄膜ALD的潜在前驱体。
传统的金薄膜ALD前驱体合成方法通常涉及使用[AuMe₃(PMe₃)]作为前驱体，并在水和氧气等离子体的存在下进行沉积。然而，这种方法存在一定的局限性，例如合成效率较低、成本较高以及副产物较多。此外，某些前驱体如[AuCl₂(Et₂dtc)]在合成过程中难以纯化，导致其作为前驱体的性能不稳定。因此，寻找一种高效、经济且可持续的合成路径成为研究的重点。
为了克服这些挑战，研究团队开发了一种新的合成方法，能够以更高的产率和更简便的步骤合成一系列[AuMe₂(dtc)]化合物。该方法利用了商业可得的AuCl₃作为起始材料，并通过与二硫代氨基甲酸盐盐（如Na(dtc)）的盐交换反应，生成目标化合物。通过调整反应条件，如使用不同比例的中性化合物和盐，研究者成功地提高了产率，并避免了传统方法中繁琐的纯化步骤。这一方法不仅提升了合成效率，还减少了废物生成，从而更加符合现代绿色化学的要求。
合成的[AuMe₂(dtc)]化合物包括多种类型的二硫代氨基甲酸盐配体，如直链烷基、环状烷基以及芳香基。其中，[AuMe₂(Me₂dtc)]和[AuMe₂(p-tolyl₂dtc)]因其在固态结构中表现出的CH·Au(III)氢键作用而引起了特别关注。这些氢键具有高度的方向性，可能对金薄膜的沉积过程产生重要影响。此外，研究还发现，随着配体分子量的增加，前驱体的挥发性逐渐降低，这使得较重的配体可能不适合作为ALD前驱体。例如，[AuMe₂(Et₂dtc)]的挥发性比[AuMe₂(Me₂dtc)]稍高，且残余质量更低，表明其作为前驱体的潜力更大。
为了进一步评估这些化合物作为ALD前驱体的可行性，研究团队进行了热重分析（TGA）实验。TGA结果显示，前驱体的挥发性与其分子量密切相关。分子量较小的化合物，如[AuMe₂(Me₂dtc)]，在加热过程中表现出更明显的质量损失，且残余质量较低，说明其在高温下更容易挥发，从而更适合ALD过程。相比之下，分子量较大的化合物在TGA过程中残留较多，可能在沉积过程中产生不必要的副产物，影响薄膜的纯度和均匀性。
值得注意的是，虽然[AuMe₂(Et₂dtc)]的残余质量略高于[AuMe₂(Me₂dtc)]，但其挥发性仍然优于后者。这表明，尽管分子量较大的前驱体在热稳定性上可能略占优势，但其较低的挥发性可能成为限制其在ALD中应用的关键因素。此外，研究还发现，某些含有芳香基团的二硫代氨基甲酸盐前驱体，如[AuMe₂(p-tolyl₂dtc)]，虽然具有良好的结构特征，但在TGA中表现出更复杂的分解行为，表明其在高温下可能更倾向于分解为金属金，而不是通过挥发方式释放。因此，这类化合物可能不适合用于ALD。
在实验过程中，研究者还注意到，某些前驱体的合成需要特定的条件，例如避免硅基润滑剂的污染。通过在无润滑剂环境中进行反应，成功地制备了纯度较高的产物，并避免了杂质对后续分析和应用的影响。此外，为了进一步确认产物的结构，研究团队采用了核磁共振（NMR）光谱和X射线晶体学等技术。这些分析方法不仅验证了化合物的结构，还揭示了其在固态中的分子排列方式，如CH·Au(III)氢键的存在。
总的来说，本文通过开发一种新的合成方法，成功地合成了多种[AuMe₂(dtc)]化合物，并评估了它们作为金薄膜ALD前驱体的潜力。研究结果表明，分子量较小的化合物，尤其是[AuMe₂(Me₂dtc)]和[AuMe₂(p-tolyl₂dtc)]，在热稳定性和挥发性方面表现更优，可能更适合用于ALD过程。而分子量较大的化合物则因挥发性较低和残余质量较高，不太适合作为前驱体。此外，研究还指出，金(I)的二硫代氨基甲酸盐化合物在TGA条件下容易分解为金属金，因此不适合用于ALD。
这些发现为金薄膜的合成提供了新的思路，并推动了更高效、更环保的前驱体开发。未来的研究可以进一步探索这些化合物在不同沉积条件下的行为，以及如何优化其性能以适应更广泛的应用场景。同时，研究团队还计划对其他类型的二硫代氨基甲酸盐配体进行测试，以寻找更具潜力的前驱体。通过不断改进合成方法和前驱体性能，有望在金属薄膜制备领域取得更大的突破。
