电化学方法在制备纳米材料中的应用及发展前景

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1、电化学方法在制备纳米材料中的应用及发展前景关键词：微晶电沉积纳米晶体摘要：纳米材料的特征主要有小尺寸效应，表面和界面效应，量子效应，宏观量子隧道效应等。鉴于纳米材料的这些现对于一般材料的不同特点，纳米材料也有相应的有特殊的用途。鉴于纳米材料的如此多并且重要的用途，人们为研究纳米材料进行了很多的探索，而电化学方法制备纳米材料的研究也经历了早期的纳米薄膜，纳米微晶的制备，直至现在的电化学制备纳米金属线，金属氧化物。20世纪60年代，人们开始了对于分离超微粒子的研究，1963年，Uyeda等人用气体冷凝法制备了金属超微离子，并对超微离子和晶体结构进行了电子和电子衍射研究。随着20世

2、纪年代末德克雷斯勒的NST的成立和1989年Gleiter提出纳米材料，纳米材料逐渐得重视并成为引领科技变革的力量之一。纳米材料的特征主要有小尺寸效应，表面和界面效应，量子效应，宏观量子隧道效应等。鉴于纳米材料的这些现对于一般材料的不同特点，纳米材料也有相应的有特殊的用途。纳米材料的应用主要有以下几个方：(1)燃料助剂纳米材料作燃料助剂是基于它薄而均匀的界面层，当温度达到一定得临界值，全部粒子可以在瞬间同时发生化学反应，爆发出巨大的能量。（2）反应催化剂或控制剂纳米粒子具有原子级的阶梯表面，有很多的活性质点，容易发生相变或晶形转变，应用这一性质，超微离子可以用于高速反应的催化

3、剂，精密反应的控制剂。（3物质交换膜纳米粒子具有很大的比表面积，因而可以用于一些物质的交换膜，可以利用这一性质选取适当的交换膜进行环境污染的治理，饮水的净化等。（4）分散强化剂纳米粒子可以均匀的分散于气体液体固体中，可用作分散强化剂，均匀化剂，烟雾剂：在工业中，可用于油漆，化妆品，涂料及其它化工原料。此外，纳米材料还课用于原红外材料，半导体集成电路，纳米探针。鉴于纳米材料的如此多并且重要的用途，人们为研究纳米材料进行了很多的探索，而电化学方法制备纳米材料的研究也经历了早期的纳米薄膜，纳米微晶的制备，直至现在的电化学制备纳米金属线，金属氧化物。电沉积纳米晶体的原理在于，电沉积是

4、在外加电压下，通过电磁液中金属离子在阴极还远为原子而形成沉积层的过程，在电沉积过程中，沉积层的形成包含两个过程，即晶核的生成和晶核的成长。如果晶核的生成速度大于晶核的成长速度，则可获得晶粒细小致密的沉积层。生成晶核的几率随阴极过电位的增大而增大，晶核的临界半径随阴极过电位的增大而减小。因而增大阴极过电位有利于大量形核而获得晶粒细小的沉积层。增大电流密度，可以增大阴极过电位利于形核，在实际运用中，也是通过增大电流密度来细化晶粒获得纳米晶。另外，在电解液中加入添加剂，电沉积时添加剂沉积在晶体的生长点上，阻碍晶体的生长，并增大阴极过电位，从而连续促进晶核形成而获得细小晶粒。以下是几

5、个电化学方法制备纳米材料的实例。（一）直流电沉积纳米晶体直流电沉积纳米晶体装置之一般是电镀的类似装置。这种装置电沉积普通镀层或晶体的不同之处在于：需要大的电流密度，需要加入有机添加剂来增大阴极极化，使得沉积层的结晶细致，从而获得纳米晶体。以电沉积纳米镍为例，直流电沉积常常采用以下几种镀液：（1）Torthkadr(T型)镀液此种镀液原来是用于电沉积镍-磷非晶态合金，在电沉积纳米晶体时排除了磷酸二氢钠这种成分。（2）Brenner这种镀液原是用于镍-磷晶态合金，含有磷酸成分。（3）Watts（W型）型镀液含有常用的有机添加剂，如糖精，香豆素等。（4）硫酸盐镀液，含有硫酸镍，硫酸

6、钠及甲酸。以上一种毒液在通以直流电的情况下，控制适当的工艺条件，如温度，PH值，电流密度，阴阳极表面积比和间距等条件就可以获得纳米晶体。杜敏等用直流电沉积的方法得到了镍-硫非晶，通过对非晶热处理得到了纳米晶。图-1是硫原子质量分数分别为15.5%和29.4%时的两个非晶态镍-硫DSC曲线。从图中可以看出，两种样品都存在两次相变，但是由于两种样品的组成不同，放热峰的有所变化。图-1非晶态镍-硫的DSC图（二）交流电沉积纳米晶体采用交流电作为沉积电源，装置类似直流电沉积，但也有其自己的特点，交流电作为沉积电源，操作简单，并且反应前驱物价格低廉，反应产率高，产物形貌容易控制。厦门大

7、学王翠英等曾以不同的金属丝为电极，用交流电沉积的方法在液相中制备出ZnO，Fe3O4,,Mg(OH)2,AlOOH等多种金属氧化物。图-2是采用交流电源作为沉积电源的装置。图-2采用交流沉积的方法制备氧化物纳米粉的装置试验以50Hz的交流点为试验电源，NaCl水溶液为电解液，用NH3.H2O调节PH值，两个金属丝为电极，两个电极间的距离大约为3CM.。一个电极的末端在电解液中，另一个电极在电解液中周期性瞬间接触，每个运动周期大约5S，两个电极间的电压采用调压变压器在50~200进行调节。在电弧放电过程中