一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，即首先將材料浸入到含鎳離子的溶液中靜置30-120min后，用去離子水沖洗材料的表面，得到表面具有一層亞單離子厚度的鎳離子吸附的材料；然后將得到的表面具有鎳離子吸附的材料通過(guò)化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為氫氧化鎳、或通過(guò)電化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為鎳、氫氧化鎳或羥基氧化鎳的超薄薄膜，從而得到具有電催化性能高、性能穩(wěn)定的表面具有鎳超薄膜的材料，從而完成通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面的改性。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，只需要簡(jiǎn)單的接觸吸附步驟，試劑消耗量極少，減少能源消耗和環(huán)境污染。
【專利說(shuō)明】一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)材料表面修飾以改善其催化、電催化、抗腐蝕、絕緣或?qū)щ姷刃阅芫哂袕V泛的應(yīng)用。除了常規(guī)的涂漆、旋轉(zhuǎn)涂膜、絲網(wǎng)印刷等厚膜技術(shù)外，真空鍍膜、離子濺射等超薄膜技術(shù)可以在納米尺度對(duì)材料表面改性，更是具有特殊的應(yīng)用。真空鍍膜、離子濺射等超薄膜技術(shù)涉及到昂貴的儀器，操作繁瑣，需要專門的技術(shù)人員操作，十分不便。分子自組裝技術(shù)是將材料浸泡在含待修飾分子的溶液中，利用分子與材料表面以及分子之間的非共價(jià)作用，自發(fā)地生成牢固的結(jié)合，從而在分子尺度對(duì)材料表面改性。與分子自組裝相比，利用離子的吸附特性進(jìn)行材料表面改性可以在更小尺寸下對(duì)材料表面修飾改性。
[0003]電化學(xué)方法催化氧化有機(jī)小分子在燃料電池、有機(jī)合成、污水處理、電化學(xué)分析等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其中鎳及其復(fù)合材料對(duì)有機(jī)小分子如葡萄糖、甘氨酸、甲醇、乙醇等展現(xiàn)出了良好的催化性能。目前，已有納米棒、納米線、納米管、介孔結(jié)構(gòu)等不同形貌的鎳及其復(fù)合物納米材料用于電催化等應(yīng)用。但是這些制備方法步驟較為繁瑣，制備周期較長(zhǎng)，不適用于大規(guī)模應(yīng)用，限制了其 發(fā)展。在小于納米尺度采用簡(jiǎn)單方法對(duì)材料表面改性具有潛在的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，該方法首先通過(guò)金屬鎳離子對(duì)材料表面的吸附作用，然后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在離子尺度上即低于納米尺度上對(duì)材料表面改性，從而獲得具有高度催化活性的表面具有鎳超薄膜的材料，并對(duì)葡萄糖等展現(xiàn)出了良好的催化性能，該方法操作簡(jiǎn)單。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，具體包括如下步驟:
(1)、將材料浸入到含鎳離子的溶液中靜置30-120min后，鎳離子能夠牢固吸附到材料表面，用去離子水沖洗材料的表面，得到表面具有一層亞單離子厚度的鎳離子吸附的材料；
所述的材料為玻碳、石墨、碳或其他對(duì)鎳離子具有吸附特性的材料，優(yōu)選為玻碳或石
墨；
所述的鎳離子溶液為硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳、硫酸鎳及其他無(wú)機(jī)或有機(jī)鎳鹽的水溶液；優(yōu)選為濃度50mmol/L的硝酸鎳水溶液；
(2)、將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料可通過(guò)化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為氫氧化鎳，或電化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為鎳、氫氧化鎳或羥基氧化鎳的超薄薄膜，從而得到表面具有鎳超薄膜的材料。[0006]所述的化學(xué)方法，即將步驟(1)所得的表面具有鎳離子吸附的材料浸到0.lmol/L的氫氧化鈉溶液中；
所述的電化學(xué)方法，即將步驟(1)所得的表面具有鎳離子吸附的材料于0.lmol/L的氫氧化鈉溶液中，在0.0V-0.7V電位之間用循環(huán)伏安法掃描至穩(wěn)定。
[0007]本發(fā)明的有益技術(shù)效果
本發(fā)明的一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，由于采用了自吸附技術(shù)，利用鎳離子在材料表面的吸附特性對(duì)其改性。與現(xiàn)有其他材料表面改性技術(shù)相比，本方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，即不需要昂貴的儀器，操作方便，只需要簡(jiǎn)單的接觸吸附步驟；試劑消耗量極少，減少能源消耗和環(huán)境污染；通過(guò)處理一至幾個(gè)鎳離子厚度的亞單離子層得到的鎳超薄膜結(jié)構(gòu)小于納米尺寸，可用于納米器件的構(gòu)建。
[0008]進(jìn)一步，經(jīng)本發(fā)明的一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性后，如表面具有鎳超薄膜的玻碳電極、表面具有鎳超薄膜的石墨電極都具有電催化性能高、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此可應(yīng)用于燃料電池、電催化合成、污水處理、電化學(xué)分析等領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1、具有鎳超薄膜的玻碳電極在0.1 M NaOH溶液中對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)的循環(huán)伏安曲線圖，圖中a表不空白玻碳電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)，b表不空白玻碳電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)，c表示具有鎳超薄膜的玻碳電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)，d表示具有鎳超薄膜的碳電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)；
圖2、具有鎳超薄膜的玻碳電極對(duì)葡萄糖電催化信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)曲線；
圖3、具有鎳超薄膜的石墨電極在0.1MNaOH溶液中對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)的循環(huán)伏安曲線圖，圖中a表不空`白石墨電極在NaOH中的電化學(xué)彳目號(hào)，b表不空白石墨電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng),c表具有鎳超薄膜的石墨電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào),d表不具有鎳超薄膜的石墨電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0011]實(shí)施例1
一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，具體包括如下步驟:
(1)、將材料浸入與含鎳離子的溶液中30min后，鎳離子能夠牢固吸附到材料表面，用去離子水沖洗材料的表面，得到表面具有鎳離子吸附的材料；
所述的材料為玻碳電極；
所述的鎳離子溶液為濃度為50mmol/L的硝酸鎳水溶液，即145.4mg的硝酸鎳，溶解于IOmL去離子水中，配制而成；
(2)、將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料通過(guò)電化學(xué)方法將吸附的鎳離子轉(zhuǎn)換為氫氧化鎳或羥基氧化鎳的超薄膜，從而得到表面具有鎳超薄膜的材料即表面具有鎳超薄膜的玻碳電極，即而完成了通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面的改性；
所述的電化學(xué)方法，即將步驟(1)所得的表面具有鎳離子吸附的材料于0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液中，在0.0V-0.7V電位之間用循環(huán)伏安法掃描至穩(wěn)定；在循環(huán)伏安圖中出現(xiàn)的經(jīng)典的氫氧化鎳/羥基氧化鎳氧化還原峰證實(shí)鎳的吸附。
[0012]用上述所得的表面具有鎳超薄膜的材料即表面具有鎳超薄膜的玻碳電極在0.1MNaOH溶液中對(duì)5mM葡萄糖進(jìn)行電催化響應(yīng)的循環(huán)伏安曲線圖如圖1所示，圖1中a表示空白玻碳電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)，b表不空白玻碳電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng),c表不表面具有鎳超薄膜的玻碳電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)，d表不表面具有鎳超薄膜的玻碳電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)。從圖1中可以看出鎳離子在玻碳表面的吸附改性后所得表面具有鎳超薄膜的玻碳電極對(duì)葡萄糖的良好催化活性。
[0013]分別配制10份5ml用0.1 mol/L氫氧化鈉溶解的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，葡萄糖濃度分另丨J 為 0mmol/L、0.2mmol/L、2mmol/L、4mmol/L、6mmol/L、8mmol/L、10mmol/L、12mmol/L、16mmol/L、20mmol/Lo
[0014]用上述所得的表面具有鎳超薄膜的玻碳電極在電化學(xué)工作站(CHI842)中對(duì)上述所配制的不同濃度的葡萄糖氫氧化鈉溶液進(jìn)行電催化，得到相應(yīng)的循環(huán)伏安曲線。分別從每個(gè)循環(huán)伏安曲線的催化峰上得到10份反應(yīng)產(chǎn)物溶液的峰電流。
[0015]按照上述方法進(jìn)行三組平行試驗(yàn)后，將所得的所有峰電流的值與相應(yīng)的葡萄糖濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，結(jié)果見(jiàn)圖2所示，從圖2中可以得出，峰電流的值與相應(yīng)的葡萄糖濃度繪制的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的曲線方程為y=0.0952x+0.678，R2=0.9992。
[0016]檢測(cè)葡萄糖濃 度:將未知濃度待測(cè)葡萄糖溶液溶于5ml濃度為0.lmol/L的氫氧化鈉溶液中，用表面具有鎳超薄膜的玻碳電極在電化學(xué)工作站中對(duì)其進(jìn)行電催化，得到響應(yīng)循環(huán)伏安曲線。從循環(huán)伏安曲線上得到待測(cè)葡萄糖溶液的峰電流大小，從標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)峰電流，得到與峰電流相對(duì)應(yīng)的葡萄糖濃度。電催化葡萄糖及其濃度響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線說(shuō)明所得即表面具有鎳超薄膜的玻碳電極對(duì)不同濃度的葡萄糖電催化信號(hào)呈現(xiàn)線行關(guān)系，由此表明，通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性，得到的具有鎳超薄膜的材料，即表面具有鎳超薄膜的玻碳電極可用于葡萄糖的電化學(xué)分析。
[0017]實(shí)施例2
一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，具體包括如下步驟:
(1)、將材料浸入與含鎳離子的溶液中30min后，鎳離子能夠牢固吸附到材料表面，用去離子水沖洗材料的表面，得到表面具有鎳離子吸附的材料；
所述的材料為石墨電極；
所述的鎳離子溶液為濃度為50mmol/L的硝酸鎳水溶液，即145.4mg的硝酸鎳，溶解于IOmL去離子水中，配制而成；
(2)、將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料通過(guò)電化學(xué)方法將吸附的鎳離子轉(zhuǎn)換為氫氧化鎳或羥基氧化鎳的超薄薄膜，從而得到表面具有鎳超薄膜的材料即表明具有鎳超薄膜的石墨電極，即而完成了通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面的改性；
所述的電化學(xué)方法，即將步驟(1)所得的表面具有鎳離子吸附的材料于0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液中，在0.0 V-0.7V電位之間用循環(huán)伏安法掃描至穩(wěn)定，在循環(huán)伏安圖中出現(xiàn)的經(jīng)典的氫氧化鎳/羥基氧化鎳氧化還原峰證實(shí)鎳的吸附。
[0018]用上述所得的表面具有鎳超薄膜的石墨電極在0.1 M NaOH溶液中對(duì)5mM葡萄糖進(jìn)行電催化響應(yīng)的循環(huán)伏安曲線圖如圖3所示，圖3中a，b重疊，分別表示空白石墨電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)和空白石墨電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)，c表示具有鎳超薄膜的石墨電極在NaOH中的電化學(xué)信號(hào)，d表示具有鎳超薄膜的石墨電極對(duì)5mM葡萄糖的電催化響應(yīng)。從圖3中可以看出，通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性得到的表面具有鎳超薄膜的材料即表面具有鎳超薄膜的石墨電極對(duì)葡萄糖的良好催化活性。
[0019]用上述所得的即表面具有鎳超薄膜的石墨電極對(duì)5mM濃度葡萄糖溶液進(jìn)行電催化，得到相應(yīng)的循環(huán)伏安曲線。與空白石墨電極相比，表現(xiàn)出明顯增大的電催化活性。
[0020]上述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說(shuō)明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保`護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)、將材料浸入到含鎳離子的溶液中靜置30-120min后，鎳離子能夠牢固吸附到材料表面，用去離子水沖洗材料的表面，得到表面具有一層亞單離子厚度的鎳離子吸附的材料； 所述的材料為玻碳、石墨或碳； 所述的鎳離子溶液為硝酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳或硫酸鎳的水溶液； (2)、將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料通過(guò)化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為氫氧化鎳、或通過(guò)電化學(xué)方法將吸附的鎳離子進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為鎳、氫氧化鎳或羥基氧化鎳的超薄薄膜，從而得到表面具有鎳超薄膜的材料； 所述的化學(xué)方法，即將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料浸到0.lmol/L的氫氧化鈉溶液中； 所述的電化學(xué)方法，即將步驟(1)得到的表面具有鎳離子吸附的材料于0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液中，在0.0V-0.7V電位之間用循環(huán)伏安法掃描至穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)自吸附鎳離子形成鎳超薄膜來(lái)對(duì)材料表面改性的方法，其特征在于步驟(1)中所`述的鎳離子溶液為濃度為50mmol/L的硝酸鎳水溶液。
【文檔編號(hào)】C25D9/04GK103774176SQ201410044764
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月7日
【發(fā)明者】繆煜清, 楊卓圓, 許麗娜, 歐陽(yáng)磊 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)