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電沉積過程中的電腐蝕

2018-11-23 12:00:24 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

【引言】

微納米結(jié)構(gòu)的可控合成在材料、化學(xué)、工程等領(lǐng)域具有極其重要的意義。濕化學(xué)合成已經(jīng)發(fā)展為一種高效的液相中單分散的微納米結(jié)構(gòu)的可控合成方法。然而，在某些應(yīng)用領(lǐng)域需要在襯底上可控合成微納米結(jié)構(gòu)。

電沉積已經(jīng)有兩百多年的歷史，因?yàn)槠浜?jiǎn)單的操作流程和不需要昂貴儀器，已被工業(yè)上廣泛應(yīng)用于在導(dǎo)電襯底上制備各種材料涂層。然而，電沉積很難因此也極少應(yīng)用于可控制備微納米顆粒。

電腐蝕也具有悠久的研究歷史，其中一個(gè)在微納米材料領(lǐng)域中的代表應(yīng)用是多孔氧化鋁模板的制備。電沉積和電腐蝕可分別歸類為一種 “增材”和“剪材”制造方法，然而迄今尚未見報(bào)道刻意的將電沉積和電腐蝕結(jié)合起來制備復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)的研究。

【成果簡(jiǎn)介】

最近，浙江大學(xué)楊士寬研究員課題組及其合作者將“增材”制造的電沉積和“剪材”制造的電腐蝕結(jié)合起來，在導(dǎo)電襯底上實(shí)現(xiàn)了一系列微納復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)筑。實(shí)驗(yàn)和理論模擬結(jié)果表明，電沉積過程中的電腐蝕來源于電極表面附近區(qū)域pH值的顯著變化。

通過改變電化學(xué)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電沉積生長(zhǎng)速度和電腐蝕程度的有效控制，從而獲得一些有趣的、未見報(bào)道的微納米結(jié)構(gòu)。這個(gè)研究大大增強(qiáng)了電化學(xué)在可控合成微納米結(jié)構(gòu)中的能力，使其能夠與成熟的濕化學(xué)合成相媲美，甚至在某些情況下優(yōu)于傳統(tǒng)的濕化學(xué)合成方法，譬如制備與襯底有牢固結(jié)合力的微納米結(jié)構(gòu)。

以電化學(xué)生長(zhǎng)銀氧籠狀體（Ag7O8NO3）為例，展示了金字塔、凹面金字塔等結(jié)構(gòu)的可控合成。這些結(jié)構(gòu)本身以及衍生結(jié)構(gòu)在表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。該成果以題為Electrocarving during Electrodeposition Growth發(fā)表在Advanced Materials上。論文第一作者為浙江大學(xué)材料學(xué)院碩士研究生王艷玲和博士研究生趙麗研同學(xué)。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：鍍金硅襯底上銀氧籠狀體（Ag7O8NO3）八面體結(jié)構(gòu)的合成及表征

圖2：不同沉積電壓和時(shí)間條件下的形貌演化過程

圖3：電腐蝕過程存在的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖4：理論模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電沉積過程在陽極附近電解液的pH值變化。

圖5：改變電解液成份增強(qiáng)電腐蝕過程后沉積結(jié)構(gòu)的形貌演化。

圖6: 進(jìn)一步增強(qiáng)電腐蝕和削弱電沉積過程后沉積結(jié)構(gòu)的形貌演化。

【小結(jié)】

綜上，通過在電沉積過程中開創(chuàng)性的引入電腐蝕過程，實(shí)現(xiàn)了襯底上銀氧籠狀體結(jié)構(gòu)的可控合成。這個(gè)合成理念可以推廣到其它材料體系，大大增強(qiáng)了電化學(xué)方法在微納米結(jié)構(gòu)可控合成中的能力，使其可以媲美于甚至某些情況下優(yōu)于傳統(tǒng)的濕化學(xué)合成方法。

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責(zé)任編輯：韓鑫

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