电化学沉积方法制备纳米材料课件

CHARLES R. MARTIN UNIVERSITY OF FLORIDA
Penner R M, Martin C R. Anal. Chem. , 1987, 59, 2625
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
引言
此后，他们又合成 了多种纳米材料
Seminar I
以多孔氧化铝膜为模板制备 以多孔氧化的铝纳膜米为聚模吡板咯制备的
为什么会出现 这种现象呢？
pH 8.6
Seminar I
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
M. E. Toimil Molares, et al., Adv. Mater., 2001, 13, 62
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(一)
以多孔氧金化纳铝米膜纤为维模
板制备的金纳米管
Martin C R. Chem. Mater.,1996, 8, 1739
Hulteen J. C., Martin C. R., J. Mater. Chem., 1997,1075
电化学沉积方法制备纳米材料
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引言
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。
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(一)
III过程中溶解模板得到 纳米线帽
（a）纳米线帽－单晶 50℃ -50mV
（b）纳米线帽－多晶 室温 较高电压
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(一)
II
（a）单晶－晶面轮廓
过 光滑，直径均一
程
溶
解
模
板
得
到
纳
米
线
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
选择不同的时间得 到不同纵横比
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 Molares, et al., Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. B, 2001, 185, 192
SEMINAR I
模板电化学法合成纳米 材料的研究
wk.baidu.com
学生 导师
史全 孙立贤 研究员 谭志诚 研究员
电化学沉积方法制备纳米材料
2005.10
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主要内容
• 引言 • 过程介绍 • 应用举例 • 展望
电化学沉积方法制备纳米材料
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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
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
（b）多晶－晶面轮 廓粗糙
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Seminar I
应用举例(一)
纳米线帽
戴
帽
子
的
铜
纳
米
线 全
50℃ -45mV
貌
高分辩单 晶
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Seminar I
应用举例(二)
氧化铝膜为模板制备纳米Cu2O
AM膜： 厚度 60μm 孔直径 100nm
电解液：0.4M CuSO4 3M 乳酸
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
过程介绍
纳米孔道 模板材料
一般过程
暴露于 电解液
镀Au或Ag 膜作阴极
恒电压恒电流 电沉积
固定于导 电基底上
Seminar I
电化学沉积方法制备纳米材料
溶解模板，得到纳 米管或纳米线
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过程介绍
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
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
过程介绍
原理
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
B C Yin, H Y Ma, et al., Progress In Chemistry, 2004, 16, 196
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Seminar I
过程介绍
一般的电化学工作站 都可以进行模板电化
学合成材料
Seminar I
IM6e electrochemica l workstation
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应用举例(一)
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）
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Seminar I
过程介绍
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
平均孔隙率 30％
工作电压：-0.45V
工作温度：60℃
X. M. Liu, et al., Appl. Phys. A, 2005, 81, 685
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Seminar I
应用举例(二)
可由电流密度比得 出平均孔隙率30％
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
应用举例(二)
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
电化学沉积方法制备纳米材料
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Seminar I
引言
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