[发明专利]一种直接电沉积制备金属纳米管阵列的方法

说明书

本发明提供了一种直接电沉积制备金属纳米管阵列的方法。该方法采用模板辅助电沉积技术，以有序多孔膜为模板，将恒流电沉积和脉冲电沉积技术相结合，通过恒流电沉积在有序多孔膜孔内生成较短的纳米管阵列，再采用脉冲电沉积将原有的纳米管加长。该方法操作简单，不需要对模板进行化学修饰，所得纳米管阵列结构有序，尺寸可通过脉冲沉积的总电量和模板的尺寸进行调节。由于具有较大的比表面积和特殊的微观结构，所制备的金属纳米管阵列在电催化和生物传感器领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于一维纳米有序阵列的制备和电化学沉积技术领域，特别涉及一种直接电沉积制备金属纳米管阵列的方法。

背景技术

一维纳米材料如纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带、纳米同轴电缆等在基础研究和技术应用领域引起了广泛关注。由于一维纳米材料具有优异的光学、磁学、电学及力学等性能，在电子制造、记忆存储、生物传感器、工业催化、能量转换和存储等领域具有广阔的应用前景。

目前已有较多相关文献报道了一维纳米材料的制备方法，包括气相法、液相法和模板法等。在众多的制备方法中，模板辅助电沉积技术被认为是制备金属一维纳米材料的简单有效的方法，该方法通常采用多孔阳极氧化铝（AAO）作为牺牲模板，因为通过电化学阳极氧化法制备的多孔AAO模板具有可控的孔深、孔径和孔密度，是非常理想的制备纳米材料的模板。利用模板辅助电沉积技术，已经成功制备了多种金属及其合金的纳米线如金、银、铜、铂、钯、镍和铁等。

但是，目前通过该方法在AAO纳米孔内直接制备金属纳米管依然存在挑战。金属在AAO纳米孔中的电沉积分为电化学还原和金属的电结晶两个过程，还原后的金属原子在纳米孔内成核、晶核长大到完全结晶的过程中，很容易将纳米孔填充生成纳米线。对AAO模板内表面进行化学修饰，引入表面活性剂、敏化剂等可以引导还原后的金属原子沿纳米孔内壁生长。中国专利文献CN 1693635 A公开了一种金属纳米镍管的制备方法，该制备方法采用阳极氧化铝多孔模板作为电化学反应时的阴极，并用直流电沉积方法制备纳米镍管，该方法中所用模板需要经过敏化和活化。但是该制备过程步骤繁琐，所得纳米管的长度和质量受到前处理过程的限制。

发明内容

本发明提供一种直接电沉积制备金属纳米管阵列的方法。本发明采用模板辅助电沉积技术，以有序多孔膜为模板，将恒流电沉积和脉冲电沉积技术结合，通过短时间的恒流电沉积在多孔膜孔内生成较短的纳米管阵列，再采用大电流脉冲将原有的纳米管加长，该方法操作简单，不需要对模板进行化学修饰，所得纳米管阵列结构有序，尺寸可通过脉冲沉积的总电量和模板尺寸进行调节。由于具有较大的比表面积和特殊的微观结构，所制备的金属纳米管阵列在电催化和生物传感器领域具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种直接电沉积制备金属纳米管阵列的方法，包括以下步骤：

步骤一：对有序多孔膜中的一面进行喷金处理；

步骤二：以步骤一喷金处理后的有序多孔膜为模板，且作为工作电极，铂片为对电极，以含有相应金属化合物的溶液为电解液构建电化学体系；

步骤三：在步骤二中构建的电化学体系中进行恒流电沉积，在有序多孔膜的纳米孔底部生成管状结构，根据沉积金属种类不同，调整恒流电沉积的条件；

步骤四：在步骤三生成物质的基础上，进行脉冲电沉积，使步骤三生成的管状结构增长，根据沉积金属种类不同，调整脉冲电沉积的条件；

步骤五：脉冲电沉积结束后将有序多孔膜工作电极在除膜液中浸泡，去除模板后得到金属纳米管阵列。

优选的，所述有序多孔膜为多孔阳极氧化铝膜、多孔聚碳酸酯膜和多孔硅中的其中一种。

优选的，所述有序多孔膜上金膜厚度为10~20nm。