基于模板技術(shù)電化學(xué)制備納米結(jié)構(gòu)及其表征.pdf

1、隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源、環(huán)境等一系列問(wèn)題越來(lái)越重視。納米結(jié)構(gòu)材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)在光伏發(fā)電、光電器件、光催化、水分解制氫、傳感器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。相關(guān)研究的不斷深入，也使得納米科技的產(chǎn)品正在逐漸改善人們的生活。有序納米結(jié)構(gòu)相比一般的納米材料具有更加優(yōu)異的性能，因此通過(guò)高效低廉及可控的方法制備有序納米結(jié)構(gòu)材料是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一，研究其物理化學(xué)特性也會(huì)促使有序納米結(jié)構(gòu)材料在未來(lái)的器件等領(lǐng)域得到重要的應(yīng)

2、用，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。本文通過(guò)模板輔助的電化學(xué)技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了多孔銅銦鎵硒薄膜和鈷納米管陣列的合成，對(duì)其進(jìn)行了表征，并研究了相關(guān)的物理性質(zhì)。本文主要分為以下三個(gè)部分：
　　第一，本文首先介紹了模板限域合成法的特點(diǎn)及其在合成納米結(jié)構(gòu)材料上的應(yīng)用。陽(yáng)極氧化鋁模板由于其高效、結(jié)構(gòu)有序、成本低廉，是目前廣泛采用的模板之一。本文重點(diǎn)闡述了陽(yáng)極氧化鋁模板的生長(zhǎng)機(jī)制、結(jié)構(gòu)調(diào)控以及在合成有序納米結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。采用高場(chǎng)兩步陽(yáng)極氧化法在磷酸、草酸溶液中制

3、備了高度有序的陽(yáng)極氧化鋁模板。掃描電鏡結(jié)果顯示模板的孔道較為有序，成六邊形蜂窩狀排列，孔徑隨高場(chǎng)電壓的變化可調(diào)。此外我們還通過(guò)逐級(jí)降低電壓的方法制備了孔道具有空間結(jié)構(gòu)的分叉型陽(yáng)極氧化鋁模板。
　　第二，本文通過(guò)在自制的陽(yáng)極氧化鋁模板上鍍金作為電極，利用電沉積法制備了具有陽(yáng)極氧化鋁表面形貌的多孔銅銦鎵硒薄膜。掃描電鏡結(jié)果顯示了薄膜由細(xì)小的納米顆粒組成，整體形貌呈現(xiàn)為六角蜂窩狀陣列結(jié)構(gòu)。X射線衍射譜（XRD）和拉曼光譜的分析則表明了薄

4、膜在550℃下退火處理后結(jié)晶為較好的黃銅礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸相比退火前更大。此外，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)初期各元素組分的能量色散譜（EDS）結(jié)果分析，探討了銅銦鎵硒薄膜的形成機(jī)制。薄膜沉積的初期通過(guò)Cu-Se二元相沉積在襯底表面，而In和Ga兩種元素的還原則依賴于Cu-Se二元相，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐步沉積出來(lái)。實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)條件也會(huì)對(duì)成膜的質(zhì)量有很大的影響，如pH值低于1.7時(shí)，Ga元素很難還原出來(lái)，電解液中各元素的初始濃度及退火處理也會(huì)對(duì)薄膜的組分產(chǎn)生一定的

5、影響。本文制備的多孔銅銦鎵硒薄膜具有較好的化學(xué)組分和優(yōu)良的黃銅礦晶體結(jié)構(gòu)，這不僅拓展了銅銦鎵硒材料的研究范圍，也為以后進(jìn)一步探究其物理化學(xué)特性的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。
　　第三，本文通過(guò)納米通道限制的原電池沉積技術(shù)在氯化鈷的乙醇溶液中制備了鈷納米管。基于金屬的氧化還原反應(yīng)，溶液中的鈷離子會(huì)自發(fā)的沉積在模板上鍍金電極的表面，從而在陽(yáng)極氧化鋁模板的孔道中形成納米管結(jié)構(gòu)。鈷納米管的結(jié)構(gòu)參數(shù)由模板的孔道控制，XRD結(jié)果顯示了孔道中六角密堆