/Au納米孔陣列薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可轉(zhuǎn)移的Fe203/Au納米孔陣列薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Fe2O3作為常溫下最穩(wěn)定的鐵的氧化物，具有廉價(jià)、原料豐富、環(huán)境友好、高抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于顏料、氣敏元件、催化劑以及各種軟硬磁性材料。納米Fe2O3相對(duì)于傳統(tǒng)的Fe2O3材料而言性能有了極大提升，也逐漸成為相關(guān)器件材料的研究熱點(diǎn)。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，對(duì)納米Fe2O3研究也不斷增多，對(duì)開(kāi)發(fā)形貌特殊、尺寸規(guī)整均勻的納米Fe2O3也提出了更嚴(yán)更高的目標(biāo)，需要不斷完善并改進(jìn)現(xiàn)有的方法或者開(kāi)發(fā)出新的性能優(yōu)異的Fe2O3的納米材料及其制備方法。
[0003]納米Fe2O3具有很好的催化活性和生物兼容性，因此在電化學(xué)傳感及生物傳感上的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。近年來(lái)，基于納米Fe2O3材料的電化學(xué)傳感器件及生物傳感器件不斷被報(bào)道。但是通常所制備的α型Fe2O3納米材料的導(dǎo)電性較差，電子迀移率相對(duì)較低，這嚴(yán)重制約了其催化反應(yīng)的活性，影響了相應(yīng)傳感器件的性能。研究表明，Au納米結(jié)構(gòu)不僅具有良好的導(dǎo)電性能，而且還能穩(wěn)定而迅速的吸附蛋白質(zhì)，并保持其生物活性，加快蛋白質(zhì)與電極之間的電子轉(zhuǎn)移。因此為了提高Fe2O3納米材料的導(dǎo)電性，如果能夠?qū)e 203與Au組成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，無(wú)疑將能夠大大提升相應(yīng)傳感器件的探測(cè)性能。
[0004]此外，F(xiàn)e2O3納米材料的制備常采用水熱法、溶膠凝膠法、高溫分解法等，所制備的納米材料往往由于高溫晶化過(guò)程中大的比表面積而導(dǎo)致表面活性較高，易形成高度團(tuán)聚的納米團(tuán)結(jié)構(gòu)，也將嚴(yán)重影響相應(yīng)傳感器的使用性能。而納米孔陣列薄膜具有規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，能夠使納米材料在保持較大比表面積和較高表面活性的同時(shí)，避免材料之間的團(tuán)聚，其納米級(jí)孔洞結(jié)構(gòu)還能促進(jìn)溶液的吸附和離子的傳輸，在電化學(xué)分析和生物傳感方面能大大降低信噪比，提高靈敏度，加快響應(yīng)速度等，因此具有很高的使用價(jià)值。但目前，還未有報(bào)道采用Fe2O3納米孔陣列薄膜或Fe 203/Au納米孔陣列薄膜制備的電化學(xué)傳感或生物傳感的功能器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可轉(zhuǎn)移的Fe2O3Au納米孔陣列薄膜。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種可轉(zhuǎn)移的Fe2O3Au納米孔陣列薄膜，由Au納米孔陣列薄膜和覆于其上的Fe2O3納米孔陣列薄膜組成，兩層薄膜中的納米孔上下貫通，按規(guī)則的六角密排順序排列，所述孔的直徑均為10?50nm，孔間距為100?120nm，所述薄膜的總厚度為60 ?150nm。
[0007]本發(fā)明還提供了 Fe2O3Au納米孔陣列薄膜的制備方法，包括如下步驟:
[0008]步驟I，選取多孔氧化鋁模板，在模板的一個(gè)表面濺射Au膜，具體操作如下:把多孔氧化鋁模板置于磁控濺射或離子濺射中，所用靶材為金靶，在多孔氧化鋁模板的一個(gè)表面濺射上一層厚度為30?70nm具有納米孔洞的連續(xù)Au膜，作為電化學(xué)沉積時(shí)的工作電極，以及最終目標(biāo)產(chǎn)物的基體層和導(dǎo)電層；
[0009]步驟2，把上述濺射Au膜的多孔氧化鋁模板放入電解槽內(nèi)的鐵電解液中，其中有Au膜的一面朝向溶液，另一面密封，使其不與溶液接觸，再以石墨為對(duì)電極，于電流密度
0.6?1.2mA/cm2下采用兩電極法電沉積5?15分鐘，得到金屬鐵的納米孔陣列薄膜；
[0010]步驟3，將生長(zhǎng)有Fe/Au納米孔薄膜的氧化鋁模板置于馬弗爐內(nèi)，設(shè)置溫度恒定為150?200°C，在空氣的氛圍下保持該溫度2?4小時(shí)后，自然冷卻至室溫，將Fe納米孔薄膜熱氧化為Fe2O3納米孔薄膜，最后利用除膜溶液去除氧化鋁模板后制得目標(biāo)產(chǎn)物。
[0011]優(yōu)選的，步驟I中所選取的多孔氧化鋁模板孔徑為40?80nm，孔間距為100?120nmo
[0012]優(yōu)選的，步驟I中所述金靶的純度彡99.999%。
[0013]具體的，步步驟2中鐵電解液由160g/L的硫酸亞鐵、60g/L的硫酸銨、3.5g/L的抗壞血酸、2ml/L的丙三醇和14.3g/L的硼酸混合而成，所述的濃度是混合后的最終濃度。
[0014]具體的，步驟3中所述的除膜溶液為2mol/L的NaOH溶液。
[0015]本發(fā)明中，納米孔陣列薄膜優(yōu)選為規(guī)則的六方排列，便于使目標(biāo)產(chǎn)物更加整齊劃一，從而提尚制備的重復(fù)性，相應(yīng)的材料性能也更加穩(wěn)定。鐵電解液優(yōu)選為160g/L的硫酸亞鐵、60g/L的硫酸錢、3.5g/L的抗壞血酸、2ml/L的丙三醇和14.3g/L的硼酸混合而成，不僅為制得目標(biāo)產(chǎn)物奠定了基礎(chǔ)，還使電沉積易于實(shí)施。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]本發(fā)明的Fe2O3Au納米孔陣列薄膜既保持了連續(xù)薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其有序的多孔結(jié)構(gòu)又能大大增加薄膜的比表面積，有利于提高電化學(xué)分析時(shí)的靈敏度。納米孔陣列薄膜采用有序六方排列，便于使目標(biāo)產(chǎn)物更加整齊劃一，從而提高制備的重復(fù)性，相應(yīng)的材料性能也更加穩(wěn)定。其二，制得的Fe2O3Au納米孔陣列薄膜具有很好的可轉(zhuǎn)移性(如圖2所示，制備好之后的膜能夠在水面漂浮，用所需襯底從水中撈取后，烘干即可)，可轉(zhuǎn)移至任意的襯底甚至是彎曲的襯底上，這使得薄膜可在不導(dǎo)電的襯底或是在彎曲的襯底上均能進(jìn)行有效的應(yīng)用。其三，對(duì)制得的Fe203/Au納米孔陣列薄膜轉(zhuǎn)移到ITO玻璃襯底上并將邊緣用有機(jī)膠密封后，能直接用于抗壞血酸的快速電化學(xué)測(cè)定，利用Fe2O3Au納米孔陣列薄膜所得到的傳感器電極具有響應(yīng)時(shí)間短、檢測(cè)限低、靈敏度高、穩(wěn)定性好、成本低等的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)效率高，準(zhǔn)確度高。其四，本發(fā)明制備方法的工藝簡(jiǎn)單，成本較低，生產(chǎn)效率高，適于規(guī)?；a(chǎn)，還可推廣用于合成其他材料組合的納米孔陣列薄膜。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是Fe2O3Au納米孔陣列薄膜制備流程的示意圖。
[0019]圖2是在不同襯底上將Fe2O3Au納米孔陣列薄膜進(jìn)行轉(zhuǎn)移操作的照片，其中圖a所示為轉(zhuǎn)移方法，具體是將制備好的薄膜漂浮于水面上，用所需襯底(圖中為ITO玻璃)伸入水中，從薄膜下方輕輕撈取，然后晾干或烘干即可。圖b為薄膜轉(zhuǎn)移至ITO玻璃上的效果圖。圖c為薄膜轉(zhuǎn)移至柔性的ITO/聚酯襯底上的效果圖。圖d為薄膜轉(zhuǎn)移至圓形的玻璃棒表面的效果圖。
[0020]圖3是實(shí)施案例I制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果；其中，圖3b是目標(biāo)產(chǎn)物的斜視圖。
[0021]圖4是實(shí)施案例I制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行表征的結(jié)果，橫坐標(biāo)為衍射角度，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度。
[0022]圖5是以實(shí)施案例I制得的Fe2O3Au納米孔陣列薄膜作為無(wú)酶電化學(xué)傳感電極對(duì)抗壞血酸(AA)進(jìn)行檢測(cè)得到的計(jì)時(shí)電流曲線，其中左圖為檢測(cè)時(shí)連續(xù)加入ImM濃度的AA的計(jì)時(shí)電流響應(yīng)圖，右圖為檢測(cè)時(shí)加入小濃度AA后相應(yīng)的計(jì)時(shí)電流響應(yīng)圖，兩圖顯示出薄膜電極具有靈敏、穩(wěn)定、快速的檢測(cè)AA的性能。左圖表明檢測(cè)時(shí)電流響應(yīng)快速穩(wěn)定，右圖表明檢測(cè)時(shí)電流響應(yīng)靈敏快速。
[0023]圖6(a)和(b)分別是實(shí)施案例2和3制得的目標(biāo)產(chǎn)物使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果，可看出圖6a對(duì)應(yīng)的薄膜平均孔徑是30nm，圖6b對(duì)應(yīng)的薄膜平均孔徑是1nm0
【具體實(shí)施方式】
[0024]下述實(shí)施例中所使用的原料市場(chǎng)購(gòu)得或用常規(guī)方法制得:
[0025]孔徑為40?80nm，孔間距為100?120nm的多孔氧化招模板；由160g/L的硫酸亞鐵、60g/L的硫酸銨、3.5g/L的抗壞血酸、2ml/L的丙三醇和14.3g/L的硼酸混合而成的鐵電解液；2mol/L的NaOH溶液；純度彡99.999%的Au靶。
[0026]實(shí)施例1制備Fe2O3Au納米孔陣列薄膜
[0027]步驟1，選取孔徑為80nm，孔間距為120nm的多孔氧化鋁模板，在模板的一個(gè)表面濺射Au膜，方法是把多孔氧化鋁模板置于離子濺射中，所用靶材為金靶，在多孔氧化鋁模板的一個(gè)表面濺射上一層厚度為30nm具有納米孔洞的連續(xù)Au膜，作為電化學(xué)沉積時(shí)的工作電極，以及最終目標(biāo)產(chǎn)物的基體層和導(dǎo)電層；
[0028]步驟2，把上述濺射Au膜的多孔氧化鋁模板放入電解槽內(nèi)的鐵電解液中，其中有Au膜的一面朝向溶液，另一面密封，使其不與溶液接觸，再以石墨為對(duì)電極，于電流密度