[发明专利]一种自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米线的制备方法，特别涉及一种自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法。

背景技术

纳米材料由于具有大比表面积、众多的表面活性离子以及量子尺寸效应等，表现出许多比块体材料更优异的性质，尤其在催化和能源等领域具有广阔的应用前景。金属镍纳米线由于其高的表面活性，在析氢催化，电催化氧化，加氢脱氯，镍氢电池电极应用等方面都具有重要的应用价值。传统的镍纳米线制备方法有化学法等，如CN 100436008C利用化学法自组装获得纳米线，但获得纳米线长径比较小，且获得的纳米线为分散状态。

为获得可控长径比及阵列化的纳米线膜，阳极氧化铝因具有直径和长度可调的通道而常被用来作为复型对象，如CN1177351 C利用氧化铝模板制备锗纳米线阵列，CN 101736377 B利用氧化铝模板制备了硫化锌纳米线阵列，但是已报道的方法都是先获得通孔的氧化铝模板，然后在氧化铝模板的一侧表面镀上金属膜，所涉及的步骤复杂，不适合制备较短纳米线，而且所用镀膜设备较贵。虽然利用铝电解着色工艺中的交流电沉积法可以在硫酸中制备的阳极氧化铝膜孔洞里直接电沉积镍纳米线，但是长时间电沉积会导致阳极氧化铝膜脱落，或出现局部被击穿现象，难以获得高长径比镍纳米线，并获得自支撑阵列膜。寻找一种工艺简单、成本低廉的方法获得镍纳米线阵列具有非常重要的实际价值。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法，工艺简单、成本低廉且适合量产。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铝材进行去油、表面清洗；

(2)以步骤(1)得到的铝材为阳极，以铝或钛为阴极，在1％～10％草酸电解液中通过电压源对铝进行恒压阳极氧化，电解液温度为0～30℃，阳极氧化电压为25～55V，时间10分钟～48小时，获得具有直孔通道的阳极氧化铝膜；

(3)将步骤(2)中获得的阳极氧化铝膜在1％～10％磷酸中浸泡5～60分钟，温度为20～50℃；

(4)将步骤(3)中获得的阳极氧化铝膜置于镍盐溶液中进行电沉积镍，使镍填充满阳极氧化铝的直孔通道并在阳极氧化铝膜表面形成一层致密连续的镍支撑层；

(5)通过化学腐蚀法去除阳极氧化铝和铝获得自支撑镍纳米线阵列膜。

步骤(4)所述镍盐溶液的配方为：295～522g/L氨基磺酸镍，5～30g/L氯化镍，30～45g/L硼酸。

步骤(4)所述电沉积镍，具体为：

以铝材为阳极，镍块为阴极，电铸电压在30～3600秒内从-1V下降到-1.6～-2.8V，并保持10～180分钟。

步骤(1)所述铝材为纯铝或铝合金。

步骤(1)所述去油，具体为：

使用140g/L～160g/L硫酸溶液进行去油。

步骤(1)所述表面清洗，具体为：

使用10～20g/L氢氧化钠或碳酸钠进行表面清洗。

步骤(2)得到的阳极氧化铝膜厚度为1～100微米。

步骤(2)得到的阳极氧化铝膜具有肖特基势垒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法，涉及的技术为阳极氧化和电沉积工艺，工艺简单、成本低廉且适合量产。

(2)本发明制备的自支撑镍纳米线阵列膜由一层镍纳米线和一层致密连续的镍支撑层构成，其中镍纳米线的长度和直径可调节，镍支撑层的厚度可调节。

(3)本发明的自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法，步骤(2)得到的阳极氧化铝膜具有肖特基势垒，无需做特殊处理可直接进行电沉积。

(4)本发明的支撑镍纳米线阵列膜可用于超级电容器，氢催化和燃料电池等领域。

附图说明

图1(a)为铝材经步骤(1)处理后的示意图。

图1(b)为经步骤(3)的扩孔处理后的阳极氧化铝膜的示意图。

图1(c)为经步骤(4)的电沉积镍处理后的阳极氧化铝膜的示意图。

图1(d)为经过步骤(5)的化学腐蚀法去除阳极氧化铝和铝后的自支撑镍纳米线阵列膜的示意图。

图2为实施例1获得的自支撑镍纳米线阵列膜的形貌图。

图3为实施例2获得的自支撑镍纳米线阵列膜的形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。