电化学沉积方法制备纳米材料精要.pptVIP

* * 平均孔隙率，mean porosity，The ratio of the volume of all the pores in a material to the volume of the whole. 孔隙率：一材料中孔隙的总体积与整个材料的体积之间的比率 模板电化学法合成纳米材料的研究 导师 孙立贤 研究员 谭志诚 研究员 学生 史全 SEMINAR I 2005.10 引言 过程介绍 应用举例 展望 主要内容 Seminar I 引言 美国材料科学学会预言：纳米材料是21世纪最有前途的材料 制备方法 物理方法： 溅射 球磨 蒸发等 化学方法 ： 气相沉淀 溶胶-凝胶 水热等 电化学方法 设备简单 操作方便 反应条件温和 粒径可控 纯度高 污染小 模板电化学 Seminar I 1987年 Martin等人 电化学和模板合成方法结合 以聚碳酸脂滤膜为模板成功的制备了Pt纳米线阵列 Penner R M, Martin C R. Anal. Chem. , 1987, 59, 2625 CHARLES R. MARTIN UNIVERSITY OF FLORIDA 引言 Seminar I 此后，他们又合成 了多种纳米材料 以多孔氧化铝膜为模板制备的纳米聚吡咯 Martin C R. Chem. Mater.,1996, 8, 1739 以多孔氧化铝膜为模板制备的金纳米纤维 以多孔氧化铝膜为模板制备的金纳米管 Hulteen J. C., Martin C. R., J. Mater. Chem., 1997,1075 引言 Seminar I 近几年来，模板电化学合成方法及其相关的技术得到了迅猛发展，应用该方法已经成功地制备了磁性材料、金属、合金、半导体及导电聚合物等多种纳米结构材料。 Khan H R, Petrikowsk K., Mater. Sci. Engi.C, 2002, 19, 345 Nishizawa M, Menon V P, Martin C R, Science, 1995, 268, 700 Valizadeh S, et al.,Thin Solid Films, 2002, 402, 262 Klein J D, et al., Chem. Mater., 1993, 5, 902 引言 Seminar I 模板电化学合成法是选择具有纳米孔径的多孔材料作为阴极，利用物质在阴极的电化学还原反应使材料定向地进入纳米孔道中，模板的孔壁将限制所合成材料的形状和尺寸，从而得到一维纳米材料 原理 过程介绍 B C Yin, H Y Ma, et al., Progress In Chemistry, 2004, 16, 196 Seminar I 一般过程 纳米孔道模板材料 镀Au或Ag膜作阴极 固定于导电基底上 暴露于电解液 恒电压恒电流电沉积 溶解模板，得到纳米管或纳米线 过程介绍 Seminar I 特点 实验设备简单，能耗低，反应可较低温度进行 可合成多种纳米材料 纳米材料粒径可调 可得单分散纳米结构材料 易于分离和收集 过程介绍 Seminar I 影响因素 电流密度 增大，有利于纳米晶体的形成 有机添加剂 成核速率增大，晶粒生长速度变小，使晶面光滑，结晶细致 pH值 低，析氢快，提供更多成核中心，使结晶细致，晶粒得到细化 温度 升高，沉积速度增加，晶粒生长速度增加 陈国华，电化学方法应用，北京：化学工业出版社，2003 过程介绍 Seminar I 一般的电化学工作站 都可以进行模板电化 学合成材料 IM6e electrochemical workstation 过程介绍 Seminar I 聚碳酸脂膜作模板制备铜纳米线 a）重金属离子（Au197、Pb208）辐射膜 （30-40μm ） b）通过化学蚀刻得到具有纳米孔的模板 （30-200 nm） c）镀一层金属膜作为阴极，锥形铜作 为阳极，置于电解液，沉积粒子于孔中 d）孔被沉积满，于孔外长出一帽 e）溶掉模板，得到铜纳米线 应用举例(一) M. E. Toimil Molares, et al., Adv. Mater., 2001, 13, 62 Seminar I I 通电，双电层带电，电 流增大，Cu2＋迁移有浓度 梯度，形成扩散层，电流 降低 II 铜沉积增长，电流几乎 不变 III 长出帽，使面积变大， 电流变大 IV 当铜在面上增长时， 电流增加变慢，当铜长 满整个面时，电流趋于定值 M. E. Toimil M