电化学阶边精饰法合成钯镍合金纳米线的研究

论文摘要

纳米线在功能材料、磁性材料、电子材料、传感器等领域具有巨大的应用前景。纳米线传感器具有快速响应、高灵敏度、高选择性等优点,在化学、生物领域应用广泛。钯镍合金纳米线氢传感器能够克服目前所有氢传感器的缺陷,将成为最具实用价值和应用前景的氢传感器。模板法合成的纳米线长度较短,而且难以实现从模板中有序转移而不破坏,限制了纳米线在传感器和电子器件等领域应用的开发。阶边精饰法可以合成直径在10 nm～1 μm范围内可调,无基底支撑的长达700 μm的有序纳米线阵列体系,而且高定向石墨（HOPG）阶边基底材料上合成的纳米线还能够实现有序转移而不破坏,因此以HOPG为基底材料采用阶边精饰法合成纳米线的研究越来越受到科学家的关注。 本文围绕镍含量在8～15%的钯镍合金纳米线的电化学阶边精饰法合成开展工作。确定了钯镍合金共沉积的镀液体系,研究了氨做配合剂的镀液体系中钯、镍及其合金的电沉积行为,探讨了低速电沉积条件下镀液组成和工艺条件对钯镍合金成分的影响规律。在此基础上,采用电化学阶边精饰法在HOPG基底上成功地合成了钯镍合金纳米线;探索了合成钯镍合金纳米线的合适的形核脉冲参数和生长脉冲参数;研究了各脉冲参数对合金纳米线成分的影响规律;确定了合成镍含量在8～15%的钯镍合金纳米线的合适的镀液配方和沉积条件。利用电感偶合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）对电沉积钯镍合金成分进行了测定,通过扫描电子显微镜（SEM）和X-射线能谱仪（EDS）对钯镍合金纳米线的形貌和合金成分进行了表征。研究结果如下: 1.从热力学的角度,运用能斯特方程对简单离子镀液体系中和氨做配合剂的配合物体系中钯镍共沉积的可能性进行了理论计算。结果表明,在简单离子镀液体系中,二者的析出电势相差较大,难以得到成分理想的钯镍合金,而在配合物体系中,二者析出电势非常靠近,能够实现共沉积的目的。 2.运用极化曲线法和循环伏安法对钯、镍及其合金的电沉积行为进行了研究。结果表明,与钯相比,镍的极化大,极化度也大;合金电沉积中钯对镍的沉积起明显的催化作用,而镍对钯的沉积略有阻化作用。单金属镀液体系中,钯的析出电势在-0.8 V附近,镍的析出电势在-1.2 V附近;而钯镍混合镀液体系中,钯镍合金的析出电势在-0.85 V附近。析氢反应是钯镍合金电沉积过程中主要的副反应,随着pH值的升高,析氢副反应加剧,电流效率降低,因此从兼顾镀液稳定性和减小析氢反应影响的角度考虑,pH值控制在8.5左右比较适宜。 3.低速电沉积钯镍合金的组成是镀液组成和工艺参数的函数。随着镀液中镍

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.2 纳米线及其阵列体系的研究与合成方法概述
• 1.2.1 模板限域法合成纳米线
• 1.2.2 阶边精饰法合成纳米线
• 1.2.3 气-液-固生长机制激光烧蚀法合成半导体纳米线
• 1.2.4 溶液-液相-固相生长法合成纳米线
• 1.3 纳米线的应用
• 1.3.1 功能复合材料
• 1.3.2 纳米阵列体系
• 1.3.3 传感器方面的应用
• 1.3.4 磁电阻效应的应用
• 1.3.5 光电器件和分子器件
• 1.3.6 电池方面的应用
• 1.4 本论文的立项意义与研究内容
• 1.4.1 立项意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 实验方法与原理
• 2.1 电化学实验
• 2.2 其它实验方法
• 2.2.1 电沉积合金成分分析—原子发射光谱法（AES）
• 2.2.2 纳米线的形貌表征—扫描电镜（SEM）
• 2.2.3 纳米线的合金成分分析—X-射线能谱法（EDS）
• 2.3 电沉积合金的基本理论
• 2.3.1 金属共沉积的条件
• 2.3.2 实现金属共沉积的措施
• 2.4 镀液组成及工艺条件对电沉积合金成分的影响
• 2.4.1 镀液组成对合金成分的影响
• 2.4.2 工艺条件对合金成分的影响
• 2.5 电沉积合金的研究方法
• 2.5.1 极化曲线法
• 2.5.2 循环伏安法
• 第3章 低浓度镀液体系中钯镍共沉积规律的研究
• 3.1 引言
• 3.2 低浓度下钯镍共沉积镀液体系的确定
• 3.2.1 简单离子镀液中钯镍共沉积的理论计算和循环伏安实验验证
• 3.2.2 氨作配合剂的镀液体系中钯镍共沉积的理论计算
• 3.3 钯、镍及其合金的沉积机理研究
• 3.3.1 钯、镍及其合金电沉积的极化曲线研究
• 3.3.2 钯镍合金电沉积过程中析氢副反应的研究
• 3.3.3 高定向石墨电极上钯镍合金电沉积的循环伏安行为研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 镀液组成及工艺条件对电沉积钯镍合金组成的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 镀液组成及工艺条件
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 镀液中金属离子浓度对合金成分的影响
• 4.3.2 工艺条件对合金成分的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 HOPG上电化学阶边精饰法合成钯镍合金纳米线的研究
• 5.1 引言
• 5.2 HOPG上电沉积法合成金属纳米线
• 5.2.1 HOPG上纳米线的合成原理
• 5.2.2 HOPG上纳米线的合成方法
• 5.3 HOPG上钯镍合金纳米线的合成
• 5.3.1 HOPG基底处理的两种方法
• 5.3.2 恒电势脉冲法和恒电流脉冲法合成钯镍合金纳米线
• 5.4 沉积条件对钯镍合金纳米线合成质量的影响
• 5.5 沉积条件对钯镍合金纳米线合金成分的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士期间发表的论文目录）