电沉积纳米金的读书笔记

《交流电沉积金纳米材料及其性能研究》一、引言随着纳米科技的快速发展，金纳米材料因其独特的物理和化学性质，在电子、生物医药、催化等领域展现出广泛的应用前景。

交流电沉积技术作为一种制备金纳米材料的有效方法，具有操作简便、成本低廉等优点。

本文将重点探讨交流电沉积金纳米材料的制备过程、材料性能及其应用潜力。

二、交流电沉积金纳米材料的制备1. 实验材料与设备实验所需材料主要包括金盐、导电基底、溶剂等。

实验设备包括电化学工作站、恒温烘箱、扫描电子显微镜等。

2. 制备过程（1）首先，将导电基底进行预处理，以提高其与金纳米材料的附着力。

（2）配置适当的金盐溶液，将导电基底浸入溶液中，通过电化学工作站施加交流电。

（3）在一定的电压、电流及电镀时间下，金离子在导电基底上发生还原反应，形成金纳米颗粒。

（4）将制备好的样品进行清洗、干燥，以备后续性能测试。

三、金纳米材料的性能研究1. 形貌分析通过扫描电子显微镜观察金纳米材料的形貌，可以发现在交流电沉积过程中，金纳米颗粒呈现出均匀的球状或类球状结构。

2. 结构分析利用X射线衍射技术对金纳米材料进行结构分析，结果表明，金纳米颗粒具有面心立方结构，且结晶度良好。

3. 光学性能金纳米材料具有独特的光学性能，如表面增强拉曼散射效应、局域表面等离子共振效应等。

这些性能使得金纳米材料在光催化、生物传感等领域具有广泛应用。

4. 电学性能金纳米材料具有良好的导电性和电催化性能，可应用于电极材料、电池等领域。

此外，金纳米材料还具有较高的电子迁移率，有利于提高电子设备的性能。

四、应用领域及前景展望1. 电子工业：金纳米材料可应用于制备高性能的导电薄膜、电极材料等，提高电子设备的性能。

2. 生物医药：金纳米材料具有良好的生物相容性和低毒性，可用于制备生物传感器、药物载体等。

此外，金纳米材料还可用于肿瘤的光热治疗等。

3. 催化领域：金纳米材料具有较高的催化活性和选择性，可应用于有机合成、环保等领域。

机 械 工 程 学 报CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第43卷第12期 2007年12月Vol.43 No.12 Dec. 2007电沉积Ni-W 合金纳米晶镀层组织形貌与显微硬度*吴玉程1, 2 舒 霞1 李 云1 王文芳1 黄新民1 李广海2 张立德2(1. 合肥工业大学材料科学与工程学院 合肥 230009；2. 中国科学院固体物理研究所 合肥 230031)摘要：采用X 射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDS)和扫描电镜(SEM)等方法研究电沉积Ni-W 合金镀层。

结果表明，镀层的晶粒尺寸在30 nm 以内，为纳米晶镀层；电沉积过程中镀层首先在划痕和蚀坑边缘处优先沉积并生长，在优化的工艺条件下形成的镀层表面呈胞状紧密排列，显微组织均匀、致密，并且沉积态镀层的显微硬度一般都可达600 HV 以上，经550 ℃热处理后，Ni-W 合金镀层的显微硬度可增大到1 132.88 HV ；优化的电沉积工艺参数为：钨酸钠(Na 2WO 4·2H 2O)的浓度为30～50 g/L ，电流密度为15 A/dm 2，pH=7，温度为60～70 ℃。

关键词：Ni-W 合金 电沉积 纳米晶 中图分类号：TQ153.20 前言近几十年来针对电沉积纳米晶的研究发现，电沉积纳米晶材料具有许多其他普通材料所不具有的优异性能[1-2]，例如耐磨性、延展性、硬度、电化学性能以及耐腐蚀性等，可应用于汽车发动机和液压活塞、飞机起落架零件、汽车减震器及核能发电机管道的局部修复[3]等许多场合。

将纳米技术与表面镀(涂)层技术相结合，提高表面技术的改性效果，成为新世纪科技发展前沿的重要研究领域。

其中由于Ni-W 合金涂层具有高熔点、优良的耐蚀性和较高的镀层硬度而引起人们的广泛关注[4-5]。

本文在采用优化的电沉积工艺参数方法制备大面积Ni-W 合金纳米晶镀层的基础上，着重研究镀层的组织结构，分析电沉积工艺参数对镀层表面沉积形貌和显微硬度的影响，为全面掌握纳米晶镀层的组成与结构、性能的关系，获得高性能Ni-W 纳米晶镀层工业化应用提供技术数据。

[1]吉玉兰, 王广凤, 方宾. 纳米金/单壁碳管修饰玻碳电极对黄芩苷的电催化作用及快速检测[J].2010, 6(6): 11-12.NG/GCE电极的制备将l mg酸化的SWNT分散在5 mL DMF中，超声振荡至溶液均一。

玻碳电极先在0.05 μm A2O3上抛光，然后分别在无水乙醇和二次蒸馏水中各超声清洗l min，晾干后，用微量进样器取10.0μL上述SWNT分散液滴加在玻碳电极表面，晾干，即得SWNT/GCE。

将SWNT/GCE用二次水冲净置于0.1 mg/mL HAuCl4中，以扫速50 mV/s，于1.2～-0.6 V范围连续扫描5圈，取出用水反复冲净，晾干得NG／SWNT／GCE。

[2]张英，袁若，柴雅琴等. 纳米金修饰玻碳电极测定对苯二酚[J]. 西南师范大学学报,2002, 6(31):87-90.NG/GCE电极的制备将玻碳电极分别用0.1 μm和0.03 μm A12O3。

粉末抛光成镜面，二次水冲洗，依次用(1+1) HNO3，无水乙醇和二次水超声清洗5 min，取出后用二次水冲净置于1 mg/mL HAuCl4中，以饱和甘汞电极(SCE)为参比，铂丝为对电极，于-0.2 V下保持60 s，取出后用二次水反复冲洗，得NG／GCE修饰电极，悬在pH为7.0的PBS上方保存备用。

NG/GCE修饰电极的性能图1(a)是裸GCE和NG/GCE修饰电极在 5.0 mmol/L Fe(CN)63-/4- + 0.1 mol/L PBS(pH=7.0)中的循环伏安图．从图中可以看出，Fe(CN)63-/4-在NG/GCE修饰电极上峰电流明显增加，并且氧化还原峰电位差值减小，这主要是因为：NG使GCE电极的表面粗糙度和有效面积增加以及带正电荷的NG叫同带负电荷Fe(CN)63-/4-有较强的静电作用，使氧化还原发应更容易发生．图l(b)是裸GCE和NG/GCE修饰电极在5.0 mmol/L Fe(CN)63-/4-+0.1 mol/L PBS(pH=7.0)中的交流阻抗图，由图可知，NG/GCE电极膜的阻抗比裸GCE小很多，这说明NG能很好地增强电子的传输．[3]朱强，袁若，柴雅琴等.以纳米金为介质的无标记电流型甲胎蛋白免疫传感器的研究[J]. 西南师范大学学报, 2002, 2(32):82-90.将玻碳(GC)电极经金相砂纸打磨，Al2O3粉抛光打磨后，用超声清洗5 min，纳米金在玻碳电极上的修饰按参照文献，将抛光洗净的GC电极置于粒径为16 nm的金溶胶中于+1.5 V的电位下沉积750 s，完成后再静置于金溶胶中5 min，取出冲洗掉电极表面吸附不牢固的纳米金，再将其放入anti—AFP溶液中静置吸附7 h即可，取出冲洗，置于PBS(磷酸缓冲溶液，pH=7.0)中备用，电极修饰过程如图1所示．图2为金溶胶在GC电极表面沉积不同时间的循环伏安曲线．从图2可以看出，峰电流随着带负电的纳米金的沉积量的增加逐渐降低，在750 s以后变化很小，说明此时玻碳电极上的纳米金沉积基本达到最大，所以选择750s作为沉积优化时间．图3为纳米金修饰后的玻碳电极在anti-AFP中吸附不同时间的循环伏安曲线．Anti-AFP中的-NH4能与纳米金稳固的结合，由于抗体是非导电性物质，随着抗体在电极表面的增加对电流的阻碍作用增大，[Fe(CN)6]3-/4-电对的峰电流随之降低．由图3可知结合7 h后，峰电流不再明显变化，说明抗体固载达到最大值，因此选用7 h为优化的抗体结合时间．曲线a，[Fe (CN)6]3-/4-在裸GC电极氧化还原峰分别为：E pa=0.26 V，E pc=0.15V，i pa/i pc=1，为[Fe (CN)6]3-/4-的可逆氧化还原电对．曲线b，裸GC电极上沉积纳米金后，电流值明显降低，表明纳米金已经修饰在电极表面并与同样带负电的[Fe (CN)6]3-/4-相排斥，从而阻碍了电子的传输．曲线c，修饰了纳米金的电极在吸附AFP抗体后，由于抗体是非导电性物质，电流响应值仍是降低．曲线d，AFP抗原和AFP抗体结合成复合物进一步阻碍了电子的传输．图4(b)交流阻抗图进一步表征了电极的修饰过程．曲线a为裸GC电极的阻抗图，近似一条直线，表明电子传递到电极表面只受扩散控制；当电极表面沉积了纳米金(曲线b)，出现高的膜本体阻抗(Ret=2500Ω)；曲线c，当电极修饰了抗体和纳米金，抗体的覆盖使阻抗值增加(Ret=3300Ω)；当电极表面抗体与抗原反应结合成复合物后，其阻抗进一步增大(Ret=3500Ω(曲线d)．由以上结果表明，修饰电极的CV 图与交流阻抗图结果一致，anti—AFP被成功的固定在电极表面.[4]闵丽根, 袁若, 柴雅琴. 基于纳米金与碳纳米管-纳米铂-壳聚糖纳米复合物固定癌胚抗原免疫传感器的研究[J]. 化学学报, 2008, 66(14): 1676-1680.玻碳电极(GCE，直径4mm)经0.3, 0.05μm Al2O3悬浊液抛光成镜面后，依次用蒸馏水、无水乙醇、蒸馏水超声5min，清洗后将电极置于室温下晾干，备用．将一定量的碳纳米管-纳米铂-壳聚糖的纳米复合物滴加于电极表面，于室温下晾干．用水清洗后滴加硫堇，于室温下晾干8 h，浸泡在pH 6.0 PBS中30min以除去电极表面物理吸附的硫堇分子．用水冲洗，然后依次于纳米金和癌胚抗体中于4℃浸泡8 h．最后，将上步制好的电极浸在HRP(2mg/mL，pH6.0的PBS)中4h以封闭非特异性结合位点，然后用PBS(pH 6.0)和水洗涤，晾干，即得免疫电极．置于4℃的冰箱中保存待用．免疫传感器的制作过程见图1．检测方法（桃花）利用循环伏安法进行电极制备过程的表征及对CEA的检测．该方法采用三电极体系，修饰电极为工作电极，甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极．整个实验在0.1 mol/L PBS(磷酸缓冲溶液，pH 6.0)中进行，电位区间为-0.6～+0.2 V，扫描速率l00mV/s．进行免疫测定时．测试底液为5 mL 0.1 mol/L PBS(pH 6.0)+3．5 mmol/L H2O2，以循环伏安法检测CEA的浓度．实验温度均控制为(25±0.5)℃．电极修饰过程的电化学表征(桃花)用循环伏安法研究了电极在自组装过程中的电化学特性．图3中曲线a为玻碳电极上修饰MWNT-Pt-CS复合物的循环伏安图，图中在E=0 V附近出现一对峰值较小的氧化还原峰，是由碳纳米管上的羧基引起的．曲线b为滴加硫堇后的循环伏安图，在-0.2 V左右出现一对明显的氧化还原峰，此为硫堇的特征峰．曲线c为MWCNT-Pt-CS复合物修饰电极依次吸附纳米金、抗体和辣根过氧化物酶后的循环伏安图，由于大分子抗体和辣根过氧化物酶是非导电性物质，氧化还原峰较曲线b明显下降．曲线d为制备好的免疫电极在PBS中加入3.5 mmol/L H2O2后的循环伏安图，由于HRP催化H2O2，使得循环伏安曲线的氧化峰减小，还原峰明显增大．曲线e是免疫反应后的循环伏安图，由于抗原抗体结合形成的复合物阻碍了电子的传递，与d比较e的氧化还原峰明显降低．缓冲液酸度的选择(桃花)pH对免疫传感器的影响主要有两个方面：一方面影响抗原、抗体及HRP的活性；另一方面对亲和性的影响。

《交流电沉积金纳米材料及其性能研究》篇一摘要：本文旨在研究交流电沉积金纳米材料的制备方法及其性能。

首先，介绍了交流电沉积技术的原理和特点；其次，详细描述了金纳米材料的制备过程和实验方法；最后，对所制备的金纳米材料的性能进行了系统评价，并与其他方法制备的金纳米材料进行了比较。

一、引言随着纳米科技的不断发展，金纳米材料因其独特的物理、化学性质在众多领域中得到了广泛应用。

交流电沉积技术作为一种制备金属纳米材料的有效方法，具有操作简便、成本低廉等优点。

因此，本文采用交流电沉积技术制备金纳米材料，并对其性能进行研究。

二、交流电沉积技术原理及特点交流电沉积技术是一种利用交流电场使金属离子在电极表面发生还原反应，从而制备金属纳米材料的方法。

其原理为：在电解液中施加交流电场，使金属离子在电极表面发生周期性的氧化还原反应，从而形成金属纳米颗粒。

该技术具有以下特点：1. 操作简便：只需将电极浸入电解液中，施加交流电场即可进行电沉积。

2. 成本低廉：所需设备简单，材料成本较低。

3. 可控性好：通过调整电沉积参数，可以控制金属纳米颗粒的形状、尺寸和分布。

三、金纳米材料的制备过程及实验方法1. 实验材料：金盐、还原剂、导电基底、电解液等。

2. 制备过程：（1）配置含有金盐的电解液，加入适量还原剂。

（2）将导电基底浸入电解液中，施加交流电场进行电沉积。

（3）电沉积完成后，对所制备的金纳米材料进行清洗、干燥处理。

四、金纳米材料的性能评价1. 形貌分析：采用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对所制备的金纳米材料的形貌进行观察和分析。

结果表明，所制备的金纳米颗粒呈球形或类球形，分布均匀，无明显的团聚现象。

2. 结构分析：采用X射线衍射（XRD）对所制备的金纳米材料的结构进行分析。

结果表明，金纳米材料具有面心立方（fcc）结构，且晶格常数与纯金相近。

3. 光学性能：采用紫外-可见光谱（UV-Vis）对所制备的金纳米材料的光学性能进行测试。

万方数据表１镀液组成和操作条件Ｔａｂｌｅ１Ｂａｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２．３镀层的耐蚀性测试在ＹＷＸ／Ｑ型中性盐雾箱中进行测试，箱内恒温３５ｏＣ，持续喷洒ｐＨ＝７．０～７．２的５％（质量分数）ＮａＣＩ溶液１２０ｈ。

利用ＺａｈｎｅｒＩＭ６型电化学工作站测定镀层在３．５％（质量分数）ＮａＣＩ溶液中的腐蚀电位。

采用三电极体系，以铜基体上的镍铁钨纳米合金镀层（厚度３０ｕｍ）为研究电极，铂丝为辅助电极，Ａｇ／ＡｇＣｌ电极为参比电极。

每次扫描前，用二次去离子水将电极清洗干净。

２．４镀层显微硬度的测试利用Ｈｖｓ．１０００型数显硬度仪测试镀层的显微硬度，镀层厚度约３０舯，负荷３００ｇ，保持时间１０Ｓ，所取硬度值为５次测试的平均值。

３结果与讨论３．１镀层中钨含量对镀层结构的影响图ｌ展示了不同钨含量的镍铁钨合金镀层的Ｘ射线衍射图。

含钨量小于２１％的镀层呈现了尖锐的强锋，但当含钨量大于２５％时，该锐锋逐渐宽化。

这说明镍铁钨合金电镀层在含钨量低时为晶态。

随着含钨量的增加，晶粒明显细化，最终转为非晶态。

根据Ｘ射线衍射分析，含钨量为１８％～２８％的镀层存在（Ｆｅ，Ｎｉ）相，随着钨含量的增加，其峰位向低角度偏移，这等同于ｆｃｃ（Ｆｅ．Ｎｉ）晶格发生膨胀。

而畸变度的增加，导致了晶粒细化，镀层结构由晶态经纳米晶结构向非晶态结构转变。

镀层中钨含量小于１８％时，镀层为晶态结构，由Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式算得含钨量为１８％的镍铁钨合金镀层的晶粒尺寸约为２００ｎｍ，含钨量为２１％～２５％的合金镀层为纳米晶结构。

当合金镀层的钨含量为２１％时，其晶粒尺寸为３０～４０ｎｎｌ。

当钨含量大于３５％时，合金镀层表现为明显的非晶特征。

这个值要小于非晶态镍钨合金所需的最低钨含量（原子分数２４．４％，相当于质量分数５０．２％）Ｉｌ４Ｉ，这可能是因为Ｆｅ、Ｗ原子的紧密结合占据了镍原子的空间，所造成的晶格畸变度远大于仅由钨原子造成的晶格畸变。