AAO模板法制備鈀合金納米線及吸氫動(dòng)力學(xué)的研究.pdf

1、模板法的電沉積技術(shù)是目前人們合成功能納米線、納米管、納米棒等納米材料最具有代表性的一種方法。本論文研究的主要目標(biāo)是在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的納米級(jí)孔洞中采用電化學(xué)沉積的方法制備鈀鎳與鈀銀合金納米線，由于金屬鈀中添加8~15％(mass)的鎳形成鈀鎳合金或添加16~25％(mass)的銀形成鈀銀合金，均可以提高鈀合金的吸氫動(dòng)力學(xué)的可逆性和防止氫損傷，鈀鎳與鈀銀合金納米線是更具有應(yīng)用價(jià)值的氫傳感器材料。論文研究了利用交流電化學(xué)沉積法、恒電勢(shì)電化

2、學(xué)沉積法和恒電流電化學(xué)沉積法在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板的納米孔洞內(nèi)制備鈀合金納米線陣列，應(yīng)用掃描電子顯微鏡、X-射線能譜儀和X-射線衍射儀等測(cè)試儀器對(duì)納米線陣列體系的形貌、成分、結(jié)構(gòu)和合金相組織進(jìn)行了表征。研究結(jié)果獲得結(jié)論如下： 1. 交流電沉積制備鈀合金納米線時(shí)，控制沉積電壓為5 V、10 V和15 V，頻率在50 Hz時(shí)，可以獲得鎳含量為0％、12.15％和25.37％的鈀鎳合金納米線陣列和銀含量為42.25％、35.74％和18

3、.86％的鈀銀合金納米線。SEM形貌圖顯示出納米線的直徑和模板的孔徑一致，納米線最長(zhǎng)可以達(dá)到20 mm，長(zhǎng)徑比達(dá)高200，但是此方法獲得的納米線不連續(xù)。 2. 用直流恒電勢(shì)沉積鈀鎳合金納米線時(shí)，采用60 mmol·dm-3 Pd(NH3)4Cl2+ 40 mmol·dm-3 NiSO4·6H2O+ 0.2 mol·dm-3 NH4Cl，pH 8.5的電解液，在沉積電勢(shì)為-0.6 V時(shí)得到鎳含量為11.89％的鈀鎳合金納米線；在7

4、0 mmol·dm-3 Pd(NH3)4Cl2+ 30 mmol·dm-3 NiSO4·6H2O+ 0.2 mol·dm-3 NH4Cl，pH 8.5電解液中，沉積電勢(shì)為-0.6 V和-0.8V得到鎳含量分別為9.57％和12.76％鈀鎳合金納米線。而恒電勢(shì)沉積制備鈀銀合金納米線時(shí)，采用15 mmol·dm-3 Pd(NO3)2+1.0 mmol·dm-3 AgNO3 +0.5 mol·dm-3 NH4NO3，pH 8.0的電解液，沉積

5、電勢(shì)為-0.8 V和-1.0 V時(shí)得到銀含量為23.76％和17.28％的鈀銀合金納米線；在20 mmol·dm-3 Pd(NO3)2+1.0 mmol·dm-3 AgNO3 +0.5 mol·dm-3 NH4NO3，pH 8.0的電解液中，沉積電勢(shì)為-0.8 V可得到銀含量為17.69％的鈀銀合金納米線。 3. 用直流恒電流沉積鈀鎳合金納米線時(shí)，在70 mmol·dm-3 Pd(NH3)4Cl2+ 30 mmol·dm-3 N

6、iSO4·6H2O+ 0.2 mol·dm-3 NH4Cl，pH 8.5的電解液中，最佳控制電流密度為0.8 mA·cm-2，得到鎳含量為10.47％的鈀鎳合金納米線陣列。恒電流沉積制備鈀銀合金納米線時(shí)，采用20 mmol·dm-3 Pd(NO3)2+1.0 mmol·dm-3 AgNO3 +0.5 mol·dm-3 NH4NO3，pH 8.0電解液，最佳控制電流密度為2.5 mA·cm-2，得到銀含量為19.18％的鈀銀合金納米線陣列

7、。 4. SEM形貌圖顯示，恒電勢(shì)沉積和恒電流沉積均可獲得鈀合金納米線陣列，但是恒電流沉積制備的鈀合金納米線晶體顆粒精細(xì)致密，線的連續(xù)性更好，最終可以獲得直徑200 nm，長(zhǎng)度可達(dá)50 mm，長(zhǎng)徑比高達(dá)250的鈀合金納米線陣列。 5. 對(duì)鈀鎳、鈀銀合金納米線進(jìn)行XRD分析，結(jié)果表明兩種合金均是以<111>型為主的合金相組織結(jié)構(gòu)，還有一定數(shù)量的<200>、<220>、<222>型晶型結(jié)構(gòu)存在，合金化程度較高。 6.

8、 將恒電流電沉積的方法制備出鎳含量在8~15％之間的鈀鎳合金納米線組裝成簡(jiǎn)易的氫傳感裝置，研究其吸氫動(dòng)力學(xué)行為。當(dāng)氫氣的濃度為1.0％, 2.5％, 5.0％, 7.5％, 10.0％時(shí)對(duì)應(yīng)響應(yīng)電流的變化為：4.21 mA, 4.26 mA, 4.35 mA, 4.44 mA, 4.50 mA。 對(duì)于銀含量在16~25％之間的鈀銀合金，當(dāng)氫氣的濃度為1.0％, 2.5％, 5.0％, 7.5％, 10.0％時(shí)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)電流為：3