纳米孔阵列薄膜的制备及其电化学性质

发布时间：2017-09-27 02:14

  本文关键词：纳米孔阵列薄膜的制备及其电化学性质

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【摘要】：本文在镀金的氧化铝模板表面,利用直流电沉积技术,制备了一系列的可转移的纳米孔阵列薄膜。在此基础上,结合材料自身的特性,构筑了一系列的以多孔薄膜为基础的纳米器件,并对它们在不同电化学领域下的特性进行了研究。研究结果表明基于此方法构筑的多孔薄膜器件在纳米科技中有着潜在的应用前景。本论文的具体研究内容如下:(1)采用二次阳极氧化技术,在0.3mol/L草酸50V电压条件下,制备了高度有序的AAO模板。模板的孔间距约为120nm,孔径约为70nm。进而在制备的AAO模板表面溅射一层厚度约为30nm的Au作为导电电极,利用电沉积技术以及随后的退火氧化过程制备了Fe_2O_3/Au纳米孔阵列薄膜。随后用碱性溶液将作为基底支撑的氧化铝模板完全去除干净,利用漂浮-转移技术将Fe_2O_3/Au薄膜转移到了ITO表面,构筑了基于Fe_2O_3/Au的无酶型抗坏血酸传感器电极。SEM图片表明,薄膜的孔洞按规则的六角密排顺序排列,孔间距约为120nm,孔径约为50nm,且沿着孔洞的方向,薄膜呈现出不平整的山峦起伏结构,这使得薄膜表面非常的粗糙和疏松。XRD、TEM、SAED分析技术均表明,Fe_2O_3/Au为多晶结构。Fe_2O_3/Au薄膜对抗坏血酸的探测表现出优异的电化学催化特性:灵敏度高达1281.9μA mM-1 cm-2,线性范围为25μM to 10 mM,探测极限为1μM。该实验结果表明,此传感器是一种非常优异的探测AA的器件。(2)以氧化铝模板为基础,利用直流电沉积技术制备了Pt Fe/Au纳米孔阵列薄膜。用碱性溶液将氧化铝去除后,利用漂浮-转移的技术将PtFe/Au纳米孔阵列薄膜转移到了ITO表面,构筑了基于PtFe/Au的甲醇催化剂电极。碱性环境中的电化学测试表明,PtFe/Au纳米孔阵列薄膜对甲醇催化表现出较高的电流密度(59.0 mA/cm2),明显优于PtFe/Au平面薄膜(2.87m A/cm-2)和Pt/Au纳米孔阵列薄膜(10.9 mA/cm-2)的甲醇催化活性,有力的证明了Pt Fe合金化和纳米孔结构对材料催化性能的重要性。(3)以氧化铝模板为基础,利用直流电沉积技术以及随后的退火氧化过程制备了NiO/Au纳米孔阵列薄膜。用碱性溶液将作为基底支撑的氧化铝模板去除后,利用漂浮-转移技术将NiO/Au纳米孔阵列薄膜转移到了ITO表面,构筑了基于NiO/Au的电化学电容器。碱性环境中的电化学测试表明,NiO/Au薄膜是一种非常优异的电化学电容器,充电电流为0.02mA时,体积比电容高达8.8×102 F/cm3;经过一百次的循环充放电之后,电容的放电时间基本保持不变,仅同比下降了1.4%,表现为较高的比电容和良好的循环伏安稳定性。
【关键词】：氧化铝模板 电沉积 生物传感器 甲醇催化 电化学电容
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;O646
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 纳米材料及其制备技术10-14
• 1.1.1 纳米材料及其基本物理特性10
• 1.1.2 纳米薄膜材料的制备技术10-14
• 1.2 纳米孔阵列薄膜的性质14-16
• 1.2.1 电学性质14-15
• 1.2.2 光学特性15
• 1.2.3 磁学特性15-16
• 1.3 纳米材料在电化学领域的应用16-18
• 1.3.1 纳米生物传感器16-17
• 1.3.2 纳米燃料电池17-18
• 1.3.3 纳米电化学电容18
• 1.4 本论文的选题意义和研究内容18-21
• 1.4.1 本论文的选题意义18-19
• 1.4.2 本论文的主要研究内容19-21
• 第二章 Fe_2O_3/Au纳米孔阵列薄膜的制备及对抗坏血酸的探测21-28
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 阳极氧化铝模板的制备21-22
• 2.2.2 Fe_2O_3/Au薄膜的制备22-23
• 2.3 结果与讨论23-27
• 2.3.1 Fe_2O_3/Au薄膜的表征23-25
• 2.3.2 Fe_2O_3/Au薄膜对抗坏血酸探测性能的研究25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 Pt Fe/Au纳米孔阵列薄膜的制备及其甲醇催化性能28-33
• 3.1 引言28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.3 结果与讨论29-32
• 3.3.1 PtFe/Au薄膜的表征29-31
• 3.3.2 PtFe/Au薄膜的甲醇催化性能研究31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 NiO/Au纳米孔阵列薄膜的制备及其电化学电容性能33-38
• 4.1 前言33
• 4.2 实验部分33-34
• 4.3 结果与讨论34-37
• 4.3.1 NiO/Au薄膜的表征34-35
• 4.3.2 NiO/Au薄膜的电化学电容性能的研究35-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 全文总结与展望38-40
• 参考文献40-48
• 研究生期间发表论文48-49
• 致谢49

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