电化学强极化法制备Au、Pt及其合金纳米结构薄膜

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Au、Pt及其合金等贵金属纳米材料由于其具有特殊的结构以及由此产生的一系列纳米效应,因而具有常规材料所不具备的独特性能,已应用于催化、生物传感器、燃料电池、表面增强拉曼光谱、自清洁等众多领域。因此探究新的绿色、简便、快速的Au、Pt及其合金纳米材料的制备方法,具有重要意义。本论文以Au、Pt、Ti为基底,通过强阳极氧化或强阴极沉积的方法,简单、快速的制备出Au、Pt及其合金纳米结构薄膜,研究了其在表面增强拉曼光谱、电催化方面都有着很好的应用前景。主要内容如下:1.在文献基础上,于纯的草酸溶液中,直接强阳极氧化纯金基底,简单、快速的制备出了高粗糙度的纳米多孔Au膜。考察了极化电势、时间对纳米多孔Au膜粗糙度的影响。发现在高电势(8V)下,多孔Au膜的粗糙度最大。该纳米多孔金膜对乙醇、葡萄糖和抗坏血酸的氧化以及双氧水的还原都表现出好的电催化效果。不仅如此,该纳米多孔膜还显示了好的表面增强拉曼活性。2.提出了一种合成高比表面纳米多孔AuPt薄膜电极的新方法,即首先在NaOH空白溶液中恒阳极电势极化纯金基底以形成纳米多孔金氧化物薄膜,然后借助该纳米多孔氧化物的毛细作用使氯铂酸渗入金氧化物薄膜内,再在抗坏血酸溶液中共还原金氧化物与氯铂酸,得到稳定的纳米多孔AuPt复合薄膜电极。铂的含量可以通过改变氯铂酸的滴加次数来进行调变。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X-射线能量散射谱(EDS)对其分别进行形貌表征和成分分析。当AuPt复合薄膜电极中Pt含量达8.26%时,对甲醇、甲酸的电氧化表现出较好的催化效果。3.在较低温度(40℃)下,于低含量的ZnSO4碱性水溶液中,通过强阴极极化制备出了分层且高粗糙度的PtZn纳米合金薄膜。随后,在H2SO4水溶液中,可分别在较低和较高的阳极电势下溶解本体Zn和合金化Zn,从而调变PtZn合金膜中Pt/Zn原子比例。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X-射线能量散射谱(EDS)以及X-射线光电子能谱(XPS)对其进行表征。该分层膜的形成可能与以下一些过程相关:Zn的电沉积、PtZn合金化、氢气析出以及强阴极极化下Pt的阴极腐蚀。与光亮Pt和非析氢条件下沉积的PtZn膜相比,制备的PtZn分层膜对甲酸和甲醇电氧化都显示了较好的催化效果。4.提出了一种新颖的在Ti基底上一步电沉积制备枝晶Pt纳米粒子的新方法。该方法简单,快速,环境友好,制得的粒子单分散性较好。考察了时间、电势对该枝晶Pt纳米粒子形成的影响。枝晶Pt纳米粒子的形成可能与扩散屏蔽效应相关。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)对其进行表征。不可逆吸附修饰Sb后,该枝晶Pt纳米粒子对甲酸的电氧化显示了很好的催化效果。
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