AAO模板法制備鈀合金納米線及吸氫動力學的研究.pdf

1、模板法的電沉積技術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是在多孔陽極氧化鋁模板的納米級孔洞中采用電化學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力學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用價值的氫傳感器材料。論文研究了利用交流電化學沉積法、恒電勢電化

2、學沉積法和恒電流電化學沉積法在多孔陽極氧化鋁模板的納米孔洞內制備鈀合金納米線陣列，應用掃描電子顯微鏡、X-射線能譜儀和X-射線衍射儀等測試儀器對納米線陣列體系的形貌、成分、結構和合金相組織進行了表征。研究結果獲得結論如下： 1. 交流電沉積制備鈀合金納米線時，控制沉積電壓為5 V、10 V和15 V，頻率在50 Hz時，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，納米線最長可以達到20 mm，長徑比達高200，但是此方法獲得的納米線不連續(xù)。 2. 用直流恒電勢沉積鈀鎳合金納米線時，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，在沉積電勢為-0.6 V時得到鎳含量為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。而恒電勢沉積制備鈀銀合金納米線時，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、電勢為-0.8 V和-1.0 V時得到銀含量為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，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，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致密，線的連續(xù)性更好，最終可以獲得直徑200 nm，長度可達50 mm，長徑比高達250的鈀合金納米線陣列。 5. 對鈀鎳、鈀銀合金納米線進行XRD分析，結果表明兩種合金均是以<111>型為主的合金相組織結構，還有一定數量的<200>、<220>、<222>型晶型結構存在，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易的氫傳感裝置，研究其吸氫動力學行為。當氫氣的濃度為1.0％, 2.5％, 5.0％, 7.5％, 10.0％時對應響應電流的變化為：4.21 mA, 4.26 mA, 4.35 mA, 4.44 mA, 4.50 mA。 對于銀含量在16~25％之間的鈀銀合金，當氫氣的濃度為1.0％, 2.5％, 5.0％, 7.5％, 10.0％時對應的響應電流為：3