电化学湿法印章技术辅助金属纳米粒子图案化组装的研究

本项目运用基于琼脂糖的电化学湿法印章技术（Electrochemcial Wet Stamping,简写E-WETS技术），在申请者前期工作的基础上，以金属纳米粒子（Au、Pd、Pt、Ag等金属纳米粒子）在基底上有序图案的制备为切入点，探索电化学方法在金属纳米粒子图案化加工过程中的基本问题，包括琼脂糖中存储的溶液体系筛选、琼脂糖/基底界面产生的活性物种与基底上自组装单层膜的末端官能团之间化学反应机制、两相界面上活性物种的浓度分布及调控等化学问题，以将E-WETS技术发展为一种可对金属纳米粒子进行图案化加工的新方法。本项目的研究不仅将进一步推动微/纳米加工技术的相关理论研究，而且有助于将E-WETS技术推广到更多应用领域，以满足微/纳米系统发展中元器件材料种类日益多样的要求。

本项目运用基于琼脂糖的电化学湿法印章技术（Electrochemcial Wet Stamping,简写E-WETS技术），以金属（AuPd合金和Au）的纳米粒子以及氧化型的石墨烯在ITO基底上有序图案的制备为切入点，探索电化学方法和基于PDMS的弹性印章技术相结合在金属纳米粒子和石墨烯的图案化加工过程中的基本问题，包括琼脂糖中存储的溶液体系筛选、两相界面上活性物种的浓度分布及调控等化学问题，以将电化学技术与琼脂糖印章技术和PDMS弹性印章技术发展为一种可对金属纳米粒子和石墨烯进行图案化加工的新方法。采用场发射扫描电子显微镜、X射线能谱仪和原子力显微镜，分别对ITO表面上的AuPd合金和Au的形貌和组分进行表征，并通过循环伏安技术和扫描电化学显微镜(SECM)研究和比较了Au和AuPd合金的催化活性。利用SECM的产生-收集模式和氧化还原竞争模式，发现Au电极对FcMeOH+电催化还原能力高于AuPd合金电极，而在AuPd合金上催化还原H2O2的能力显著高于Au。采用无氰化学镀金法在PDMS印章表面镀金，通过μCP技术将PDMS印章上的AuNPs分别转移到氧化铟锡透明导电膜玻璃(ITO)，修饰了(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)的ITO基底(MPTMS/ITO)和表面电镀了铜膜的ITO(Cu/ITO)表面上，同时形成有序的结构或者图案。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)，原子力显微镜(AFM)和显微共聚焦激光拉曼光谱仪(CLSM)等对实验结果进行表征。结果表明，该转移AuNPs的方法对基底表面特性并无特殊要求，是一种简单、快速、无污染、低成本的AuNPs转移技术，而且转移了AuNPs的ITO基底具有表面增强拉曼光谱(SERS)活性，有望在SERS中有所应用。通过改良的“Hummers方法”制备了氧化石墨烯。以氧化石墨烯溶液为“墨水”，通过二次μCP过程，分别将AuNPs和GO转移到修饰了(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)的ITO基底(APTES/ITO)表面。利用FE-SEM，AFM等对实验结果进行表征，结果表明转移的AuNPs和GO复合图案均匀，致密性较好。本项目在国家自然科学基金21073038的资助下开展了，迄今已经申请了2项项国内专利和发表了8篇国内外论文。