模板法电沉积生长机理-文献讲解

1、模板电沉积法金属纳米管生长机理，template-beaseledelectodeportiongghithemenfmetlnanotubeshui-min张，a，b，cXiu-liZhang，a，CJ a candHui-yuanSuna，c，zjoournloftheelectrochemicalsociety，160(2)D41-D45(2013 )，目录，1 .引言2 .实验步骤3 .测试4 .结果和讨论5 .结论，1引言，1 自从首次发现纳米管以来，纳米管不仅在纳米材料的量子尺寸效应、表面效应、宏量子隧道效应，在直接电子传输、生物相容性领域也有潜在应用。 b .金属纳米管广泛应用于

2、纳米器件、纳米催化剂、纳米传感、化学以及生物分离和运输。 纳米管的合成方法可通过水热法、原子层生长、热分解前体、铸型电化学沉积等多种方法来合成纳米管，其中铸型生长是最通用廉价的方法。 1.S.Iijima，Nature，354，56 (1991 ).1引言AAO模板电沉积法的生长机制a .目前有许多理论和实验从电解结晶的形核和生长机制研究纳米线和纳米管的生长：纳米线和纳米管的有报道称，b.c和Au纳米管是螺旋生长，在动力学条件下实现结晶生长。 c .先前报道的金属多为密列结构，但其他结构金属，例如菱方的Bi，即使受到动力学控制也能得到纳米线。 2 .本论文为了解决上述b和c问题，另外，由于缺乏

3、a的微观解释，利用三电极直流沉积，以溅射Cu的AAO作为作用电极，制造Zn、Co、Ni、Cu的合金ZnNi、CoNi纳米线和纳米管*的纳米结构的形态为电位， 发现了与沉积物的晶体结构有关(答案b，c疑问) *从动力学、热力学和晶体结构等微观角度研究了生长机理(答案a的缺乏)，2实验步骤，2.1合成AAO模板，99.999%的Al、Ar气，400，2h，体积比4:1， 5分钟研磨c2h5oh : hclo 4，5，50V直流，0.3M草酸，8h， 5、50V直流、0.3M草酸、8h、(体积比1:1 )室温、0.4M铬酸：0.6M磷酸、50nm的AAO、氯化钙、0.6M磷酸、70nm、2.2直流堆

4、积， 70nmAAO侧溅射Cu参考电极：SCE对电极：石墨电极作用电极： Cu-AAO，沉积条件为表120分钟，25-1.0v-2.5v，冷却室温，3试验，扫描电子显微镜SEM，HitachiS-4800透射电子显微镜TEM，h XRDCuKEDS 4结果和讨论4.1AAO的SPM和SEM分析表明，图1的a和b显示AAO模板的细孔为准六方直立平行分布，内部平滑，直径为50nm。 c是Cu被溅射的AAO侧的扫描电子显微镜照片，在开孔的状态下，对之后的电沉积有利。 figure1. (a ) and (b ) spmsurfaceimageandsemcrosssectionimageofa，(c

5、)semimageofaaosputtteredwithcu .4.2堆积物的XRD分析，图a和b是六方Zn，c和d是面心立方n 其中，a、c、e由-2.5V得到：对应的衍射峰为38.994、76.591和75.764相当于动力学平面Zn(100 )、Ni(220 )、Co(110 ) . b、d、f是用-1.0V得到的XRD，35.854、44.349、44.600相当于热力学晶面Zn(002 )、Ni(111 )、Co(002 )。 figure2. xrdpatternsofthesynthesizednanotubeewithappliedpotential 2.5 v (a ) Zn

6、，(c)Niand(e)Co； 研究了在andnanowireswithappliedprotential 1.0 v (b ) Zn、(d)Niand(f)Co .4.3.1电压-2.5V下的堆积物的SEM分析，上图从a-f开始依次为Zn、Co、CoNi、ZnNi 可知在-2.5V下得到的是纳米管。 figure3. semimageimsofnanotubeswithappliedpootential 2.5 v (a ) Zn、(b)Co、(c)CoNi、(d)ZnNi、(e)niand(f)cu.theinsetin(a ) temimageofasingleznnanotube wh

7、ichaaotemplatewasremovedbyimmersingthesspandimentosolutionof4msodiumhydroxidefor 72 housatroomtempe ofthesingleznnanotubeis40 000 x，4的结果和讨论4.3.2电压-1.0V下的堆积物的SEM分析，上图从af开始依次是Zn、Co、CoNi、ZnNi、Ni和Cu的SEM照片。 可知在-1.0V下得到的是纳米线。figure4. semimageimsofnanowireswithappliedprotential 1.0 v (a ) Zn、(b)Co、(c)CoNi、

8、(d)ZnNi、(e)Niand(f)Cu .4结果和讨论4.3.3电压和堆积物形态的函数以b.co为例，图5a-e是在-1.2V、-1.25V、-1.3V、-1.5V、-2.0V下的电子显微镜照片。 在电压-1.25v的实验中得到的纳米管，- 1.25 v为纳米线。 堆积的金属为密列结构，具有临界电压，在此以下得到纳米管，在此以上得到纳米线。figure5. (a ) temimageofconanowireswithappliedpootential 1.2 v、temandsmemandsemigimesofcontheswithpopential (b ) 1.25 v、(c)1.3V

9、 2.0v resectively.theaotemplateofthetmsamplesweremovedbyimmersingthesspandodumhydroxidefor 72 hoursatroomtemperature.4结果为4.4.1 热力学影响沉积过程和原子传播过程。 动力学影响沉积过程。 电压从-2.5V变化到-1.0V时，控制因子从动力学变化为热力学。 a .电压高于临界电压，propnucl动力学控制，2D尖端的生长是主要模式。 133.E.Budevski，G.Staikov，andW.J.Lorenz，ElectrochimicaActa，45， 2559 (20

10、00 )图像6.(颜色在线) schimaticationreprodentationofgrowthmodeis.(a )2dplanegrowthmodewiththeappliengiventationationati (b )与(c ) 2 dtitledplanegrrowthmodewitheappliednegativitylowerthecryticalpotential.therangeatomsrepresentthenucleuscenterofthe2dplaneg 探讨了resentthegrowthfrontandthegrowthplaneofthenanostr

11、ucture .4.2晶体结构和生长机理，根据布拉菲定律，热力学控制的外来原子容易在热力学平面上沉积。 在该条件下，热力学平面的晶格间距和晶面间距小，库仑引力更大，容易吸引外来原子。 生长可以沿垂直于管壁的方向沉积，形成纳米线。 在动力学控制下，外来原子的能量足够大以克服库仑力，沿动力学平面生长。 因为Bi是菱形的，(010 )、(110 )和(100 )可以向任何方向发展，所以可以得到纳米线。 figure7. schimaticaticreprentationofthecryinstallattices.(a ) rhombohedrrai，(b)fccNiand(c)hcpZnorCo .5结论，本文为基于模板电沉积法的金属纳米也就是说，堆积的金属为密列结构，具有临界电压，能够得到