CN103757680A - 一种具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列的制备方法。本方法先用二次阳极氧化法制备出高度有序的氧化铝模板，将其装配在钛片表面，再用电沉积的方法制备镍纳米线阵列，以碱溶液溶解氧化铝模板，再在铂电镀液中置换5至30秒，制备成以镍纳米线为核，铂为壳的复合纳米材料。所制备的铂镍直径统一，排列高度有序，并且长度由电沉积时间和电压控制，很容易达到生产需求。本发明制备方法简单，无需常规的磁控溅射工艺，整个制备流程时间短，合成条件在常态下即可实现，因此成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及有序阵列的制备方法，更具体地，涉及一种具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种绿色能源技术，对解决目前世界面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题有重要意义。直接醇类燃料电池由于燃料不用经过重整而直接用于发电，应用非常广泛。铂是目前醇电化学氧化常用单元催化剂，但铂价格昂贵。为了提高催化剂铂的利用率，可以选择合适载体使催化剂颗粒分散均匀。纳米线阵列具有很大活性面积，可把纳米催化剂颗粒固定在上面从而使它们具有高催化活性，同时阵列之间间隙成为反应物扩散到催化剂和反应物离开催化剂通道，使得催化剂或者电化学传感器可以长期稳定使用。金属纳米线阵列，因其非线性光学性能、异向导电性能、高比表面积因而在催化、电子元器件、电化学传感器等方面有极其重要的应用。所以这种以普通金属为基底，表面覆盖铂的核壳结构的纳米线阵列成为实现这种可能的关键，所以合成核壳结构的铂镍高度有序纳米线阵列具有重要的应用价值。现有的各种制备方法中制备的纳米线排列杂乱，且方法复杂，无法用于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于解决现有铂纳米材料的不足，提供一种核壳结构的铂镍纳米线阵列材料的制备方法，依次由以下步骤组成：
S1. 合成纳米氧化铝模板
S11. 将铝片用丙酮和二次水清洗后在酸及其对应的电压下首次氧化1~2小时，以不锈钢做对电极；然后在60℃下以6%的磷酸和1.8%的铬酸混合洗液清洗铝片半小时，除去氧化膜；
S12. 将S11得到的铝片用二次水清洗后，用与上述S11步骤相同的电压进行阳极氧化6小时；然后用氯化物饱和水溶液剥离铝基质，再用5%的磷酸通孔30分钟，得到纳米氧化铝模板，清洗并保存在二次水中；
S2. 制备核壳结构铂镍纳米线有序阵列
S21. 将不活泼金属用强酸强碱处理，然后用三次水充分洗涤后，将纳米氧化铝模板紧密的装配在不活泼金属表面上，浸入pH=6的镍电镀液，在0.8电压电沉积20分钟,取出后用2%NaOH溶液浸泡,溶去模板后用二次水洗涤后，得到镍纳米线阵列。
S22. 将镍纳米线阵列浸入到50mg/mL铂电镀液中5~30s钟，得到所需要沉积量的核壳结构铂镍纳米线有序阵列。
上述步骤S11中的酸对应的电压1mol/L硫酸，对应电压为20V, 0.5mol/L草酸，对应电压为40V,0.8mol/L磷酸，对应电压为120V。
上述步骤S12所述的氯化物为氯化亚锡。
上述步骤S21所述的不活泼金属为钛金属片或镀钛金属片。
上述步骤S21所述的强酸是20%盐酸，所述强碱是10%氢氧化钠。
更进一步提供上述的制备方法制备的具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列在燃料电池中的应用。
本发明的优点在于:
1. 本方法首次使用先制备镍纳米线，再置换镍浅表面，形成2~5nm的铂纳米颗粒表层，极大提高铂的利用率，也提高的催化性能和电化学传感器的性能，简单实现了核壳纳米线结构，合成条件温和，成本低廉，使用的的贵金属铂量极少，因此实际生产价值。
2. 本发明以钛金属片为沉积面，无需溅射工艺，省去高成本工艺，将二次氧化法制备纳米氧化铝为模板材料直接装在钛金属表面，并用直流电沉积制备镍纳米线，生成的镍纳米线直径统一，高度有序，并且长度可由沉积时间控制，很容易达到生成需要。
3. 根据本发明的制备方法获得的具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列具有良好的而且密集的有序结构，大大的提高了比表面积，有效的提高了燃料电池的稳定性和高效性。
附图说明
图1为纳米氧化铝模板在电子扫描电镜下观察到的图。
图2为镍纳米线阵列表面子电子扫描电镜下观察到的图。
图3为铂置换镍纳米线阵列后电子扫描电镜观察到的图。
图4为铂置换镍纳米线阵列后透射电镜观察到的图。
图5中上图为三种材料燃料电池催化剂氧化甲醇电化学氧化反应的循环伏安图，下图为不含甲醇的背景循环伏安图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。
实施例1
通过以下步骤制备具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列：
S1. 合成纳米氧化铝模板
S11. 将铝片用丙酮和二次水清洗后在酸及其对应的电压下首次氧化1~2小时，以不锈钢做对电极；然后在60℃下以6%的磷酸和1.8%的铬酸混合洗液清洗铝片半小时，除去氧化膜；
S12. 将S11得到的铝片用二次水清洗后，用与上述S11步骤相同的电压进行阳极氧化6小时；然后用氯化亚锡饱和水溶液剥离铝基质，再用5%的磷酸通孔30分钟，得到纳米氧化铝模板，清洗并保存在二次水中；
S2. 制备核壳结构铂镍纳米线有序阵列
S21. 将钛金属片用20%的盐酸和10%的氢氧化钠分别处理，然后用三次水充分洗涤后，将纳米氧化铝模板紧密的装配在不活泼金属表面上，浸入pH=6的镍电镀液，在0.8电压电沉积20分钟,取出后用2%NaOH溶液浸泡,溶去模板后用二次水洗涤后，得到镍纳米线阵列。
S22. 将镍纳米线阵列浸入到50mg/mL铂电镀液中5~30s钟，得到所需要沉积量的核壳结构铂镍纳米线有序阵列。
上述步骤S11中的酸对应的电压1mol/L硫酸，对应电压为20V, 0.5mol/L草酸，对应电压为40V,0.8mol/L磷酸，对应电压为120V。
将在本实施例中获得纳米氧化铝模板在电子扫描电镜下观察，结果如图1所示；将镍纳米线阵列表面子电子扫描电镜下观察到，结果如图2所示；将铂置换镍纳米线阵列后电子扫描电镜观察，结果如图3所示；将铂置换镍纳米线阵列后透射电镜观察，结果如图4所示。
图1~图4表明，本发明所得的具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列具有密集的纳米结构，铂的比表面积高，铂的使用量少，在降低了成本的同时，提高了铂的利用率。
实施例2
将铂镍纳米线有序阵列电极作为直接醇类燃料电池催化电极，由于纳米线三维排列，且铂以纳米颗粒分布在纳米线表面，具有极大的比表面积和电流密度，且由于固定在纳米线表面，位置固定，铂纳米颗粒不会发生团聚，催化效果不会下降。
如图5所示，上图为三种材料燃料电池催化剂氧化甲醇电化学氧化反应的循环伏安图，下图为不含甲醇的背景循环伏安图，对比了铂片、铂纳米颗粒附着在碳纳米管表面催化剂、铂镍核壳结构纳米线这三种材料对甲醇的氧化还原反应，可以看出新材料的放电的电流密度高于铂纳米颗粒。
Claims (6)
1.一种具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 合成纳米氧化铝模板
S11. 将铝片用丙酮和二次水清洗后在酸及其对应的电压下首次氧化1~2小时，以不锈钢做对电极；然后在60℃下以6%的磷酸和1.8%的铬酸混合洗液清洗铝片半小时，除去氧化膜；
S12. 将S11得到的铝片用二次水清洗后，用与上述S11步骤相同的电压进行阳极氧化6小时；然后用氯化物饱和水溶液剥离铝基质，再用5%的磷酸通孔30分钟，得到纳米氧化铝模板，清洗并保存在二次水中；
S2. 制备核壳结构铂镍纳米线有序阵列
S21. 将不活泼金属用强酸强碱处理，然后用三次水充分洗涤后，将纳米氧化铝模板紧密的装配在不活泼金属表面上，浸入pH=6的镍电镀液，在0.8电压电沉积20分钟,取出后用2%NaOH溶液浸泡,溶去模板后用二次水洗涤后，得到镍纳米线阵列，
S22. 将镍纳米线阵列浸入到50mg/mL铂电镀液中5~30s钟，得到所需要沉积量的核壳结构铂镍纳米线有序阵列。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于上述步骤S11中的酸对应的电压1mol/L硫酸，对应电压为20V, 0.5mol/L草酸，对应电压为40V,0.8mol/L磷酸，对应电压为120V。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于上述步骤S12所述的氯化物为氯化亚锡。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于上述步骤S21所述的不活泼金属为钛金属片或镀钛金属片。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特出在于上述步骤S21所述的强酸是20%盐酸，所述强碱是10%氢氧化钠。
6.一种根据权利要求1制备方法制备的具有核壳结构的铂镍纳米线有序阵列在燃料电池中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN105603469A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-25 | 中国石油大学(北京) | 一种CuO/Ni核壳纳米线及其制备方法 |
| CN105839156A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-08-10 | 清华大学深圳研究生院 | 一种在导电基底上制备有序一维纳米阵列的方法 |
| CN110361424A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-10-22 | 徐靖才 | 一种n-p异质型核壳阵列气敏材料及其制备方法 |
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