氧化鋁模板自還原法制備金屬及合金納米線(xiàn)的表征與應(yīng)用.pdf

1、因?yàn)樵诠?、電、磁和熱方面的誘人特性，金屬納米陣列可以被應(yīng)用在光電子、微電子、磁場(chǎng)操縱、生物技術(shù)、催化和傳感器等領(lǐng)域，尤其是在高密度的磁存儲(chǔ)介質(zhì)領(lǐng)域，并成為了目前深入研究的熱點(diǎn)。多孔氧化鋁(AAO))模板具有制備工藝簡(jiǎn)單,成本低和可擴(kuò)孔特性?？梢酝ㄟ^(guò)氣-液-固(VLS)、脈沖激光沉積(PLD)、電沉積、電解沉積的方法等在AAO模板內(nèi)生長(zhǎng)各種金屬納米線(xiàn)，制備陣列結(jié)構(gòu)。然而，這些工藝需昂貴的設(shè)備或過(guò)程較為復(fù)雜，如在多孔模板的輔助電沉積工藝中，

2、電極的使用是必須的，同時(shí)需要對(duì)孔壁進(jìn)行復(fù)雜的致敏預(yù)激活。因此，從基礎(chǔ)研究和應(yīng)用的角度來(lái)考慮，發(fā)明一種基于AAO模板的簡(jiǎn)便的方法來(lái)制備金屬納米陣列是非常重要的。
　　 本文的研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種新型簡(jiǎn)便的方法合成磁性金屬，貴金屬及其合金納米線(xiàn)陣列,研究磁性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。此外，還研究了金屬和合金納米陣列的催化應(yīng)用。結(jié)果總結(jié)如下:
　　 1.將AAO模板放入金屬氯化物水溶液中，利用AAO模板背面Al基底還原Ni2+離子，制各

3、了高密度單晶鎳納米線(xiàn)（對(duì)于其它金屬，如Co、Fe等也同樣適用）。當(dāng)在氧化還原反應(yīng)過(guò)程中施加外磁場(chǎng)，Ni納米陣列表現(xiàn)出增強(qiáng)的磁各向異性行為。矯頑力和磁滯回線(xiàn)展現(xiàn)出明顯的各向異性，如AF∥為300 Oe，遠(yuǎn)大于AF⊥(20 Oe)。這種新穎的方法，能夠簡(jiǎn)便地制備大面積磁各向異性存儲(chǔ)介質(zhì)。它有如下優(yōu)點(diǎn):(1)可以制備電極電位大于鋁的金屬納米線(xiàn);(2)設(shè)置簡(jiǎn)單、操作方便、易于維修;(3)一步法制備;(4)可以方便的施加外磁場(chǎng)，制備磁各向異性的單

4、晶金屬納米線(xiàn)。
　　 2.納米催化劑具有很多優(yōu)點(diǎn)，如高活性、優(yōu)異的選擇性等，然而，這些微小的納米催化劑從反應(yīng)混合物中分離和回收較困難，催化劑的活性通常是因結(jié)塊或浸出而降低。我們使用了上章的方法制備了宏觀尺寸的鈀納米線(xiàn)陣列催化劑。Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)和4-硝基苯酚(4-NP)的還原反應(yīng)被用來(lái)評(píng)估納米催化劑的催化活性。納米催化劑不僅在鈴木反應(yīng)（1h后高達(dá)96％的產(chǎn)率）和4-硝基苯酚的還原反應(yīng)中（速率常數(shù)k為6.5×10-3 s-1）

5、表現(xiàn)出了很高的活性，而且還同時(shí)解決了納米催化劑使用中常遇到的分離、穩(wěn)定性，可重復(fù)使用性和浸出問(wèn)題。特點(diǎn)包括:(1)在我們的系統(tǒng)中，催化劑可以通過(guò)用小鑷子從該溶液中取走而簡(jiǎn)單的分離/回收;(2)該催化劑表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，在高溫下具有高活性;(3)AAO載體中的Pd納米線(xiàn)可以多次重復(fù)使用，即使在高溫下，催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率沒(méi)有明顯的下降。在150℃下催化劑可重復(fù)使用的能力得以保持。此外，5個(gè)周期的動(dòng)力學(xué)研究表明，初始速率和隨后的每個(gè)周期的反

6、應(yīng)速率也不會(huì)降低;(4)最后，加入到反應(yīng)混合物中的催化劑沒(méi)有觀察到脫落的現(xiàn)象。第一次反應(yīng)以及五次反應(yīng)之后，通過(guò)ICP-AES測(cè)定，濾液中的Pd含量均低于1 ppm，說(shuō)明小于0.1％的Pd在五個(gè)周期后脫落或溶解。
　　 3.為降低成本，人們通常考慮用納米結(jié)構(gòu)的鈷，鎳代替貴金屬催化劑，但其活性低，易于被氧化難以解決。組成可控的合金是解決該問(wèn)題的一種可能途徑。我們采用上章的工藝制備了鎳鈷合金納米陣列，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變金屬鹽溶液的濃度

7、來(lái)合成不同組成的金屬合金納米陣列。在無(wú)機(jī)(K3[Fe(CN)6]/Na2S2O3氧化還原反應(yīng)）以及有機(jī)（還原4-硝基苯酚反應(yīng)）反應(yīng)中，鎳鈷合金納米催化劑表現(xiàn)出了與貴金屬納米催化劑可比擬的催化活性（對(duì)于4-NP還原反應(yīng)，Ni1Co5的速率常數(shù)k為5.24×10-3 s-1），易于分離和出色的可重復(fù)使用性（10次循環(huán)后仍能保持大約92％的活性）的特點(diǎn)。其優(yōu)異的催化活性被認(rèn)為是由于鎳鈷合金表面結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致了反應(yīng)物分子表面吸附、產(chǎn)物分子脫附