一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉑鎳納米線有序陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉑鎳納米線有序陣列的制備方法。本方法先用二次陽極氧化法制備出高度有序的氧化鋁模板，將其裝配在鈦片表面，再用電沉積的方法制備鎳納米線陣列，以堿溶液溶解氧化鋁模板，再在鉑電鍍液中置換5至30秒，制備成以鎳納米線為核，鉑為殼的復(fù)合納米材料。所制備的鉑鎳直徑統(tǒng)一，排列高度有序，并且長度由電沉積時(shí)間和電壓控制，很容易達(dá)到生產(chǎn)需求。本發(fā)明制備方法簡單，無需常規(guī)的磁控濺射工藝，整個(gè)制備流程時(shí)間短，合成條件在常態(tài)下即可實(shí)現(xiàn)，因此成本低廉。
【專利說明】一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉑鎳納米線有序陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有序陣列的制備方法，更具體地，涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種綠色能源技術(shù)，對(duì)解決目前世界面臨的“能源短缺”和“環(huán)境污染”這兩大難題有重要意義。直接醇類燃料電池由于燃料不用經(jīng)過重整而直接用于發(fā)電，應(yīng)用非常廣泛。鉬是目前醇電化學(xué)氧化常用單元催化劑，但鉬價(jià)格昂貴。為了提高催化劑鉬的利用率，可以選擇合適載體使催化劑顆粒分散均勻。納米線陣列具有很大活性面積，可把納米催化劑顆粒固定在上面從而使它們具有高催化活性，同時(shí)陣列之間間隙成為反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑和反應(yīng)物離開催化劑通道，使得催化劑或者電化學(xué)傳感器可以長期穩(wěn)定使用。金屬納米線陣列，因其非線性光學(xué)性能、異向?qū)щ娦阅?、高比表面積因而在催化、電子元器件、電化學(xué)傳感器等方面有極其重要的應(yīng)用。所以這種以普通金屬為基底，表面覆蓋鉬的核殼結(jié)構(gòu)的納米線陣列成為實(shí)現(xiàn)這種可能的關(guān)鍵，所以合成核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳高度有序納米線陣列具有重要的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有的各種制備方法中制備的納米線排列雜亂，且方法復(fù)雜，無法用于實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有鉬納米材料的不足，提供一種核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線陣列材料的制備方法，依次由以下步驟組成:
S1.合成納米氧化鋁模板
S11.將鋁片用丙酮和二次水清洗后在酸及其對(duì)應(yīng)的電壓下首次氧化1~2小時(shí)，以不銹鋼做對(duì)電極；然后在60°C下以6%的磷酸和1.8%的鉻酸混合洗液清洗鋁片半小時(shí)，除去氧化膜；
S12.將Sll得到的鋁片用二次水清洗后，用與上述Sll步驟相同的電壓進(jìn)行陽極氧化6小時(shí)；然后用氯化物飽和水溶液剝離鋁基質(zhì)，再用5%的磷酸通孔30分鐘，得到納米氧化鋁模板，清洗并保存在二次水中；
S2.制備核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列
S21.將不活潑金屬用強(qiáng)酸強(qiáng)堿處理，然后用三次水充分洗滌后，將納米氧化鋁模板緊密的裝配在不活潑金屬表面上，浸入pH=6的鎳電鍍液，在0.8電壓電沉積20分鐘，取出后用2%Na0H溶液浸泡，溶去模板后用二次水洗滌后，得到鎳納米線陣列。
[0004]S22.將鎳納米線陣列浸入到50mg/mL鉬電鍍液中5~30s鐘，得到所需要沉積量的核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列。
[0005]上述步驟Sll中的酸對(duì)應(yīng)的電壓lmol/L硫酸，對(duì)應(yīng)電壓為20V，0.5mol/L草酸，對(duì)應(yīng)電壓為40V，0.8mol/L磷酸，對(duì)應(yīng)電壓為120V。
[0006]上述步驟S12所述的氯化物為氯化亞錫。[0007]上述步驟S21所述的不活潑金屬為鈦金屬片或鍍鈦金屬片。
[0008]上述步驟S21所述的強(qiáng)酸是20%鹽酸，所述強(qiáng)堿是10%氫氧化鈉。
[0009]更進(jìn)一步提供上述的制備方法制備的具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列在燃料電池中的應(yīng)用。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.本方法首次使用先制備鎳納米線，再置換鎳淺表面，形成2~5nm的鉬納米顆粒表層，極大提高鉬的利用率，也提高的催化性能和電化學(xué)傳感器的性能，簡單實(shí)現(xiàn)了核殼納米線結(jié)構(gòu)，合成條件溫和，成本低廉，使用的的貴金屬鉬量極少，因此實(shí)際生產(chǎn)價(jià)值。 [0011]2.本發(fā)明以鈦金屬片為沉積面，無需濺射工藝，省去高成本工藝，將二次氧化法制備納米氧化鋁為模板材料直接裝在鈦金屬表面，并用直流電沉積制備鎳納米線，生成的鎳納米線直徑統(tǒng)一，高度有序，并且長度可由沉積時(shí)間控制，很容易達(dá)到生成需要。
[0012]3.根據(jù)本發(fā)明的制備方法獲得的具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列具有良好的而且密集的有序結(jié)構(gòu)，大大的提聞了比表面積，有效的提聞了燃料電池的穩(wěn)定性和聞效性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為納米氧化鋁模板在電子掃描電鏡下觀察到的圖。
[0014]圖2為鎳納米線陣列表面子電子掃描電鏡下觀察到的圖。
[0015]圖3為鉬置換鎳納米線陣列后電子掃描電鏡觀察到的圖。
[0016]圖4為鉬置換鎳納米線陣列后透射電鏡觀察到的圖。
[0017]圖5中上圖為三種材料燃料電池催化劑氧化甲醇電化學(xué)氧化反應(yīng)的循環(huán)伏安圖，下圖為不含甲醇的背景循環(huán)伏安圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、設(shè)備和方法為本【技術(shù)領(lǐng)域】常規(guī)市購的試劑、設(shè)備和常規(guī)使用的方法。
[0019]實(shí)施例1
通過以下步驟制備具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列:
S1.合成納米氧化鋁模板
S11.將鋁片用丙酮和二次水清洗后在酸及其對(duì)應(yīng)的電壓下首次氧化1~2小時(shí)，以不銹鋼做對(duì)電極；然后在60°C下以6%的磷酸和1.8%的鉻酸混合洗液清洗鋁片半小時(shí)，除去氧化膜；
S12.將Sll得到的鋁片用二次水清洗后，用與上述Sll步驟相同的電壓進(jìn)行陽極氧化6小時(shí)；然后用氯化亞錫飽和水溶液剝離鋁基質(zhì)，再用5%的磷酸通孔30分鐘，得到納米氧化鋁模板，清洗并保存在二次水中；
S2.制備核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列
S21.將鈦金屬片用20%的鹽酸和10%的氫氧化鈉分別處理，然后用三次水充分洗滌后，將納米氧化鋁模板緊密的裝配在不活潑金屬表面上，浸入PH=6的鎳電鍍液，在0.8電壓電沉積20分鐘，取出后用2%Na0H溶液浸泡，溶去模板后用二次水洗滌后，得到鎳納米線陣列。
[0020]S22.將鎳納米線陣列浸入到50mg/mL鉬電鍍液中5~30s鐘，得到所需要沉積量的核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列。
[0021]上述步驟Sll中的酸對(duì)應(yīng)的電壓lmol/L硫酸，對(duì)應(yīng)電壓為20V，0.5mol/L草酸，對(duì)應(yīng)電壓為40V，0.8mol/L磷酸，對(duì)應(yīng)電壓為120V。
[0022]將在本實(shí)施例中獲得納米氧化鋁模板在電子掃描電鏡下觀察，結(jié)果如圖1所示；將鎳納米線陣列表面子電子掃描電鏡下觀察到，結(jié)果如圖2所示；將鉬置換鎳納米線陣列后電子掃描電鏡觀察，結(jié)果如圖3所示；將鉬置換鎳納米線陣列后透射電鏡觀察，結(jié)果如圖4所示。
[0023]圖f圖4表明，本發(fā)明所得的具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列具有密集的納米結(jié)構(gòu)，鉬的比表面積高，鉬的使用量少，在降低了成本的同時(shí)，提高了鉬的利用率。
[0024]實(shí)施例2
將鉬鎳納米線有序陣列電極作為直接醇類燃料電池催化電極，由于納米線三維排列，且鉬以納米顆粒分布在 納米線表面，具有極大的比表面積和電流密度，且由于固定在納米線表面，位置固定，鉬納米顆粒不會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，催化效果不會(huì)下降。
[0025]如圖5所示，上圖為三種材料燃料電池催化劑氧化甲醇電化學(xué)氧化反應(yīng)的循環(huán)伏安圖，下圖為不含甲醇的背景循環(huán)伏安圖，對(duì)比了鉬片、鉬納米顆粒附著在碳納米管表面催化劑、鉬鎳核殼結(jié)構(gòu)納米線這三種材料對(duì)甲醇的氧化還原反應(yīng)，可以看出新材料的放電的電流密度高于鉬納米顆粒。
【權(quán)利要求】
1.一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: S1.合成納米氧化鋁模板 S11.將鋁片用丙酮和二次水清洗后在酸及其對(duì)應(yīng)的電壓下首次氧化1-2小時(shí)，以不銹鋼做對(duì)電極；然后在60°C下以6%的磷酸和1.8%的鉻酸混合洗液清洗鋁片半小時(shí)，除去氧化膜； S12.將Sll得到的鋁片用二次水清洗后，用與上述Sll步驟相同的電壓進(jìn)行陽極氧化6小時(shí)；然后用氯化物飽和水溶液剝離鋁基質(zhì)，再用5%的磷酸通孔30分鐘，得到納米氧化鋁模板，清洗并保存在二次水中； S2.制備核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列 S21.將不活潑金屬用強(qiáng)酸強(qiáng)堿處理，然后用三次水充分洗滌后，將納米氧化鋁模板緊密的裝配在不活潑金屬表面上，浸入pH=6的鎳電鍍液，在0.8電壓電沉積20分鐘，取出后用2%NaOH溶液浸泡，溶去模板后用二次水洗滌后，得到鎳納米線陣列， S22.將鎳納米線陣列浸入到50mg/mL鉬電鍍液中5~30s鐘，得到所需要沉積量的核殼結(jié)構(gòu)鉬鎳納米線有序陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述步驟Sll中的酸對(duì)應(yīng)的電壓lmol/L硫酸，對(duì)應(yīng)電壓為20V，0.5mol/L草酸，對(duì)應(yīng)電壓為40V，0.8mol/L磷酸，對(duì)應(yīng)電壓為120V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述步驟S12所述的氯化物為氯化亞錫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于上述步驟S21所述的不活潑金屬為鈦金屬片或鍍鈦金屬片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特出在于上述步驟S21所述的強(qiáng)酸是20%鹽酸，所述強(qiáng)堿是10%氫氧化鈉。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1制備方法制備的具有核殼結(jié)構(gòu)的鉬鎳納米線有序陣列在燃料電池中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】C25D5/12GK103757680SQ201310728532
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】汪洪, 金峰, 李偉, 李艷波 申請(qǐng)人:深圳市華測檢測技術(shù)股份有限公司