氧化鋁模板自還原法制備金屬及合金納米線的表征與應用.pdf

1、因為在光、電、磁和熱方面的誘人特性，金屬納米陣列可以被應用在光電子、微電子、磁場操縱、生物技術(shù)、催化和傳感器等領(lǐng)域，尤其是在高密度的磁存儲介質(zhì)領(lǐng)域，并成為了目前深入研究的熱點。多孔氧化鋁(AAO))模板具有制備工藝簡單,成本低和可擴孔特性。可以通過氣-液-固(VLS)、脈沖激光沉積(PLD)、電沉積、電解沉積的方法等在AAO模板內(nèi)生長各種金屬納米線，制備陣列結(jié)構(gòu)。然而，這些工藝需昂貴的設(shè)備或過程較為復雜，如在多孔模板的輔助電沉積工藝中，

2、電極的使用是必須的，同時需要對孔壁進行復雜的致敏預激活。因此，從基礎(chǔ)研究和應用的角度來考慮，發(fā)明一種基于AAO模板的簡便的方法來制備金屬納米陣列是非常重要的。
　　 本文的研究目標是開發(fā)一種新型簡便的方法合成磁性金屬，貴金屬及其合金納米線陣列,研究磁性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。此外，還研究了金屬和合金納米陣列的催化應用。結(jié)果總結(jié)如下:
　　 1.將AAO模板放入金屬氯化物水溶液中，利用AAO模板背面Al基底還原Ni2+離子，制各

3、了高密度單晶鎳納米線（對于其它金屬，如Co、Fe等也同樣適用）。當在氧化還原反應過程中施加外磁場，Ni納米陣列表現(xiàn)出增強的磁各向異性行為。矯頑力和磁滯回線展現(xiàn)出明顯的各向異性，如AF∥為300 Oe，遠大于AF⊥(20 Oe)。這種新穎的方法，能夠簡便地制備大面積磁各向異性存儲介質(zhì)。它有如下優(yōu)點:(1)可以制備電極電位大于鋁的金屬納米線;(2)設(shè)置簡單、操作方便、易于維修;(3)一步法制備;(4)可以方便的施加外磁場，制備磁各向異性的單

4、晶金屬納米線。
　　 2.納米催化劑具有很多優(yōu)點，如高活性、優(yōu)異的選擇性等，然而，這些微小的納米催化劑從反應混合物中分離和回收較困難，催化劑的活性通常是因結(jié)塊或浸出而降低。我們使用了上章的方法制備了宏觀尺寸的鈀納米線陣列催化劑。Suzuki偶聯(lián)反應和4-硝基苯酚(4-NP)的還原反應被用來評估納米催化劑的催化活性。納米催化劑不僅在鈴木反應（1h后高達96％的產(chǎn)率）和4-硝基苯酚的還原反應中（速率常數(shù)k為6.5×10-3 s-1）

5、表現(xiàn)出了很高的活性，而且還同時解決了納米催化劑使用中常遇到的分離、穩(wěn)定性，可重復使用性和浸出問題。特點包括:(1)在我們的系統(tǒng)中，催化劑可以通過用小鑷子從該溶液中取走而簡單的分離/回收;(2)該催化劑表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性，在高溫下具有高活性;(3)AAO載體中的Pd納米線可以多次重復使用，即使在高溫下，催化反應的轉(zhuǎn)化率沒有明顯的下降。在150℃下催化劑可重復使用的能力得以保持。此外，5個周期的動力學研究表明，初始速率和隨后的每個周期的反

6、應速率也不會降低;(4)最后，加入到反應混合物中的催化劑沒有觀察到脫落的現(xiàn)象。第一次反應以及五次反應之后，通過ICP-AES測定，濾液中的Pd含量均低于1 ppm，說明小于0.1％的Pd在五個周期后脫落或溶解。
　　 3.為降低成本，人們通?？紤]用納米結(jié)構(gòu)的鈷，鎳代替貴金屬催化劑，但其活性低，易于被氧化難以解決。組成可控的合金是解決該問題的一種可能途徑。我們采用上章的工藝制備了鎳鈷合金納米陣列，可以通過簡單地改變金屬鹽溶液的濃度

7、來合成不同組成的金屬合金納米陣列。在無機(K3[Fe(CN)6]/Na2S2O3氧化還原反應）以及有機（還原4-硝基苯酚反應）反應中，鎳鈷合金納米催化劑表現(xiàn)出了與貴金屬納米催化劑可比擬的催化活性（對于4-NP還原反應，Ni1Co5的速率常數(shù)k為5.24×10-3 s-1），易于分離和出色的可重復使用性（10次循環(huán)后仍能保持大約92％的活性）的特點。其優(yōu)異的催化活性被認為是由于鎳鈷合金表面結(jié)構(gòu)的改變，導致了反應物分子表面吸附、產(chǎn)物分子脫附