[发明专利]一种具有多重分枝状的纳米合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多重分枝状的纳米合金及其制备方法。该多重分枝状纳米合金，其形貌由主干和分枝组成，多重分枝状纳米合金的长度为1‑50μm，其分枝均匀分布在主干上，分枝枝径约为5‑500nm。制备方法包括：在阳极氧化得到的双通的氧化铝模板上采用常规的等离子体蒸镀方法蒸金膜使其完全封盖氧化铝模板孔；以钯铋的前驱体PdCl₂或Pd(NH₃)₂Cl₂与Bi(NO)₃或BiCl₃作为电镀液的成分，在上述模板的孔内进行电化学沉积，得到钯铋纳米线。用NaOH刻蚀钯铋纳米线，即形成钯铋多重分枝状的纳米合金。本发可用于未来的高效燃料电池催化剂和高性能的氢气气体传感器等。

技术领域

本发明涉及一种具有“多重分枝状”的纳米合金及其制备方法，尤其是一种元素周期表中的钯和铋组分的纳米合金的合成方法。

背景技术

通过纳米粒子、纳米线、纳米球、纳米棒或纳米片等构建具有复杂分级的纳米合金的纳米材料成为材料科学领域研究的热点。研究发现，纳米材料的性能与材料的形貌、尺寸及其维度等因素密切相关，与单一的低维纳米合金进行比较，具有分级结构的纳米材料往往显示出更加独特的性质，使得它们在传感器、吸附、产氢、发光、催化、锂电池电极、发光和光学等领域具有广泛的应用前景而受到了人们的广泛关注。目前，电化学沉积方法在氧化铝模板内沉积纳米线，用已制备的纳米线作为基本的单元来继续修饰成“多重分枝状”纳米合金还未曾报道。已报道的“多重分枝状”纳米合金(Li,M.,et al.,A hierarchicalnanolamella-structured alloy with excellent combinations of tensileproperties.Materials Science and Engineering:A,2014.606(Supplement C):p.396-400.)虽然已经制备合成出45Ti–47Zr–5Al–3V类似“多重分枝状”纳米合金，但是其制备工艺繁琐，合成条件苛刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多重分枝状纳米合金及其制备方法。本发明不仅可以制备“多重分枝状”纳米合金，而且可以通过氧化铝模板孔径大小来调控刻蚀前纳米线的直径；通过电化学沉积参数来调控纳米线几何参数；通过电化学刻蚀溶液的种类和刻蚀参数形成“多重分枝状”纳米合金。这种“多重分枝状”纳米合金具有很大的比表面积。有望采用这种方法制备其它可以通过电沉积的金属材料构筑的金属“多重分枝状”纳米合金，应用于未来的纳米器件和纳米科技。例如，采用该方法制备的“多重分枝状”纳米合金，我们将其作为气敏材料构筑传感器，得到的氢气气敏传感器表现出良好的气敏性和稳定性；另外，这种“多重分枝状”，尤其是钯铋“多重分枝状”合金，在直接甲醇电催化燃料电池电极催化剂，不仅具有优良的催化活性，而且还有较强的稳定性和抗一氧化碳中毒能力。因此，有望在氢气传感器和甲醇电催化燃料电池电极催化剂领域有广泛应用。

本发明提供的具有多重分枝状纳米合金，其形貌由主干和分枝组成，多重分枝状纳米合金的长度为1-50μm，其分枝均匀分布在主干上，分枝枝径约为5-500nm；在所述的分枝的边缘处具有更细的小分枝；主干到分枝的边缘的衬度逐渐变浅。

制备方法包括的步骤：

1)氧化铝模板的制备：将高纯铝片在酸性溶液A中施加20-180V的直流电压进行阳极氧化6-10小时，然后再经过混合酸溶液A处理以除去表面获得的不规则氧化铝膜，得到第一次阳极氧化的氧化铝模板；然后重复进行上述阳极氧化处理10-15小时，并用含有铜和/或锡的盐溶液处理以除去背面未氧化的铝，得到第二次阳极氧化的氧化铝模板，最后采用酸性腐蚀溶液B溶去位于孔底部的氧化铝障碍层，得到双通的氧化铝模板A；

2)氧化铝模板A表面蒸镀金膜：采用蒸镀方法，控制蒸金膜的条件，在步骤1)中制备的氧化铝模板A的任意一面蒸镀一层厚度为50-200nm的金膜，这样将模板孔与孔之间壁的底部蒸镀上了一层金膜，使其完全封盖氧化铝模板孔，得到氧化铝模板B；