高定向石墨表面电沉积钯银合金纳米线阵列研究

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含银16%~25%(mass)的钯银合金纳米线,可以提高钯金属的吸氢动力学的可逆性和防止氢损伤,因而钯银合金纳米线是更具有应用价值的氢传感器材料。以高定向石墨为模板,应用电沉积的方法制备了钯银合金纳米线阵列,应用扫描电镜、X—射线能谱仪、原子吸收光谱仪和X—射线衍射仪等测试方法表征了纳米线阵列体系的形貌、成分和相组织结构,研究了它们和电解液组成及工艺参数之间的关系。运用动电势扫描和Nernst方程理论计算研究了钯银的共沉积行为,应用交流阻抗、电势阶跃等电化学实验方法研究了电沉积机理。在实验中尝试了三种制备纳米线的方法:“三脉冲”、“硫醇自组装”和“一步沉积”,探索了几种方法的特点和控制参数。研究获得的结论如下: 1.电化学极化曲线表明,钯比银的极化曲线极化大;合金共沉积中,钯对银的沉积起明显的催化作用。 2.在钯银离子与硝酸铵中解离的氨形成配合物的混合溶液体系中,可以实现钯银合金的共沉积,电解液中硝酸铵起导电和配合作用。钯银共沉积属于非正常共沉积机制,其原因是银在钯的表面欠电势沉积。硝酸铵的最佳含量为2mol·dm-3,pH值为2~3,在钯银离子浓度比为15:1~20:1的溶液中电沉积所得的钯银合金纳米线中的银质量分数在23%~18%左右。 3.氧化、成核采用恒电势脉冲,生长采用恒电流脉冲的改进“三脉冲”新方法制备钯银合金纳米线的最佳工艺条件是:氧化脉冲0.8~1.1V;成核脉冲-1.4V~-1.5V,成核时间5ms~1000ms,生长电流脉冲-20~-60μA·cm-2。该方法制得的合金纳米线阵列中的纳米线连续、分离、平行,直径和成份分布均匀。 4.硫醇自组装不会改变阴极的沉积电势,但硫醇的吸附降低了钯、银的交换电流密度,增加了电极反应的不可逆性。硫醇自组装电沉积钯银合金纳米线时,其结晶金属倾向于一维方向生长,合成更精细的纳米线阵列。 5.一步法恒定电势合成钯银合金纳米线方法简单,操作容易,但纳米线的直径分布较自组装和三脉冲宽。控制生长超电势≤-150mV下可得到较好的纳米线阵列。 6.钯银合金纳米线是以<111>型为主的合金相组织结构,还有<200>、<220>和<222>等晶型存在,且合金化程度高。
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