树枝状多金属微纳米材料的电沉积制备、影响因素及性能研究

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枝晶状微纳材料常具有比表面积大、易形成异质结和连续网状结构的特点而成为目前科学研究的热点之一。枝晶状金属材料,尤其是磁性枝晶状微纳结构因在催化、电化学等性能方面有广泛的潜在应用,吸引了更广泛的关注。本论文旨在采用一种简单、快速、节能的电化学沉积方法来制备枝晶状Cu-M(Fe、Co、Ni)、Cu-Ni-Pt、Cu-Co等铁系多金属微/纳米结构。系统调查了反应物的起始浓度、添加剂、沉积电流等参数对枝晶状微纳米结构形成的影响,并初步探究了其形成机制。同时,对沉积产物的电化学和催化性能进行了研究。结果表明,目标产物呈现出杰出的电化学性能及催化还原对硝基苯酚的活性。论文的主要研究内容概括如下:  1.采用一条简单的恒电流沉积路线,在室温下以CuCl2、MCl2(M=Fe、Co、Ni)和H3BO3为起始原料,ITO为工作电极,在10 mA的沉积电流下沉积5 min成功得到了枝晶状Cu-M微纳结构。系统研究了起始原料的量、沉积电流和时间等参数对产物形貌的影响。实验发现,MCl2在枝晶状Cu-M微纳结构的形成过程中扮演着不可缺少的作用。此外,Cu-M(Ni、Fe、Co)枝晶对4-NP的催化还原呈现出优异的催化性能,其对应的速率常数分别为0.83 min-1、0.69 min-1、0.48 min-1。同时,在0.1 M的KOH溶液中Cu-Ni枝晶对硝酸根还原成铵根表现出优异的电催化催化活性,并能被制成一个葡萄糖的传感器,相应的检测限为0.098 M。  2.以上述所得的Cu-Ni枝晶为工作电极,以氯铂酸(H2PtCl6)作为Pt源,在10 mA的恒电流下室温沉积5 min,成功地获得了由大量纳米片构筑的枝晶Cu-Ni-Pt微纳结构。实验显示,相对于商用铂碳,所沉积的分等级的Cu-Ni-Pt枝晶呈现出更高的电催化氧化甲醇的活性:质量活性和比活性分别是商用铂碳催化剂的~2倍和4.5倍。同时,所沉积的Cu-Ni-Pt枝晶还表现出杰出的催化还原对硝基苯酚的能力,还原90%的对硝基苯酚仅需~2.5 min,远少于Cu-Ni枝晶催化剂的~9 min。  3.采用上述相同的恒电流沉积路线,在添加剂甘氨酸的作用下,以CuCl2和CoCl2为金属源,Cu片为工作电极,20 mA沉积电流下沉积5 min成功制备了枝晶表面覆有大量花瓣状的Cu-Co微纳结构。初步探究了起始原料的用量、沉积电流、时间和添加剂的量等对枝晶状C u-Co微纳结构形成的影响。结果发现:甘氨酸在枝晶状C u-Co微纳结构的形成中起着必不可缺的作用。另外,枝晶状C u-Co微纳结构还表现出很好的催还还原4-硝基苯酚和催化氧化甲醇的性能。
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