基于SiO2微粒非固定阻碍层可控电沉积纳米结构薄膜及其动力学机理研究

纳米薄膜材料的很多特性都取决于其表面结构，因此，控制纳米薄膜材料的结构和研究结构与性能之间的关系是纳米科技的重要组成部分。针对纳米薄膜的结构控制，本项目将采用覆盖在电极表面上的SiO2微球薄膜为非固定阻碍层，电沉积制备结构多样化的纳米薄膜，研究阻碍层对液相传质、电子转移和成核－成长动力学过程的影响及其物理限制作用。通过本项目研究揭示SiO2非固定阻碍层对纳米薄膜结构的调控机制，实现同一种材料纳米薄膜结构的多样化，发展一种普适的控制纳米薄膜结构的方法；并初步建立纳米薄膜的结构与其性能之间的关系，提高对相关学科(材料、电化学和界面科学等)的理论认识。

纳米结构薄膜的很多特性都取决于其组成单元的大小和形貌，因此，控制纳米薄膜材料的结构和形貌研究是纳米科技的重要组成部分。电沉积作为纳米结构薄膜的一种主要制备手段，其简单、快捷，且能够通过改变施加电位快速获取不同形貌、大小的纳米粒子。本项目以SiO2非固定阻碍层为模板，研究Pt纳米粒子的电沉积，揭示SiO2非固定阻碍层在电沉积材料中的作用，并电沉积了多样化Pt、Au纳米结构薄膜用于电催化或SERS研究，初步建立了纳米薄膜结构与其性能的关系。. 本项目研究了以下内容：1）采用覆盖在电极表面上的SiO2微球薄膜为非固定阻碍层，电沉积Pt纳米结构薄膜。研究发现，非固定阻碍层的厚度不同，采用相同电沉积技术，得到的Pt的纳米结构并不相同；SiO2阻碍层能够降低电解质溶液的传质速率和反应物种在电极表面的电荷转移速率。这两个因素是导致电沉积Pt的成核－生长过程不同于裸电极。采用恒电流技术，在SiO2阻碍层的作用下，得到了层状Pt纳米粒子，每一个粒子都是由片状纳米晶组装形成，揭示了SiO2非固定阻碍层对液相传质、电子转移和成核－成长动力学过程的影响及其物理限制作用。2）电沉积制备了绣球花状Pt纳米结构。整个Pt绣球花由10 nm的Pt纳米片组成，由于其结构的独特性，该Pt纳米结构对甲醇电氧化具有超强稳定性，在电氧化甲醇9小时后，其活性仅仅降低了25％，远远好于商业Pt/C催化剂。3）电沉积制备了枝杈状三维Au纳米晶，每一个纳米晶都是小型片状纳米晶生长在一个主干纳米晶上，通过调整实验条件，阐明了表面活性剂辅助的定向生长机制。4）电沉积制备大面积三维Au纳米线网结构。Au纳米线在电极表面呈网络状相互缠绕，形成多孔的网络结构，阐明了Br－离子对金纳米线生长的导向机制。5）电沉积制备了可拆卸的三维珊瑚状Au纳米线结构。该结构呈现出了相互交错的类似于网络结构的形貌，且致密、均匀。网络中每一个分枝结构都有均一的粒径分布，而是由一系列不同粒径大小的纳米颗粒相互连接形成的纳米枝节短链。通过超声处理，可以得到单分散金纳米粒子，并且，这些分散的粒子都是单晶Au。该可拆卸的三维Au纳米线结构具有良好的SERS活性，其增强可达到10^6，并且具有良好的空间分辨率和可重现性，可用于传感、分析等方面。