摘 要

纳米多孔银（NPS）因其独特的物理化学性质以及优良的化学催化性能，越来越受到国内外科学家的重视。本实验利用高频感应熔炼及单锟甩带法制备Ag₃₀Zn₇₀的二元合金条带，通过恒电流极化脱合金方式制备纳米多孔银。并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、EDS能谱分析等手段，以及循环伏安（CV）等曲线的测定探究电流大小对纳米多孔银多孔结构的影响，以及纳米多孔银对甲醛的催化性能。实验结果表明：通过电化学脱合金方式施加电流2.5 mA/cm²极化6000 s后，制备出的纳米多孔银孔径最小，大小约为80 nm。CV循环伏安测定结果表明，甲醛氧化电流密度的峰值随着甲醛浓度的增加而增大，且氧化电流峰值与甲醛浓度在10~100 mM范围内呈良好的线性关系，得到甲醛检测灵敏度为0.26。

关键词：纳米多孔银 脱合金法 循环伏安 甲醛催化

Selective dissolution of Ag₃₀Zn₇₀ alloy under the constant current mode

Abstract

Nanoporous silver (NPS) which has unique physical and chemical properties and excellent catalytic performance has attracted more and more attention from scientists who are from the entire world. In this experiment, two element alloy strips of Ag₃₀Zn₇₀ were prepared by high-frequency induction melting and single Kun throwing. Then Nanoporous silver was prepared by the constant current polarization dealloying The effects of current size on the porous structure of NPS and the catalytic performance of NPS to formaldehyde were investigated by means of SEM, XRD, EDS spectrum analysis and cyclic voltammetry (CV). The results show that after the electrochemical dealloying method is applied at 2.5 mA/cm² for 6000 s, and the NPS pore size is about 80 nm. The results of cyclic voltammetry show that the peak of oxidation current of formaldehyde increases with the enlargement of formaldehyde concentration. At the same time, we can get that the peak of oxidation current, which owns a linear relationship with the concentration of formaldehyde which is ranging from 10 to 100 mM. Meanwhile, the sensitivity of formaldehyde detection has been was 0.26.

Key words: NPS; dealloying; cyclic voltammetry; catalysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 纳米多孔金属的发展 1

1.3 纳米多孔材料的制备工艺 1

1.3.1 模板法 2

1.3.2 粉末冶金法 2

1.3.3 电化学沉积法 2

1.3.4 脱合金法 3

1.4 纳米多孔金属材料的应用 3

1.4.1 纳米多孔材料的催化特性 3

1.4.2 表面增强拉曼散射 4

1.4.3 在新能源技术中的应用 4

1.5 本文研究目的及内容 4

第二章 实验材料和方法 7

2.1 研究流程简述 7

2.2 实验材料、仪器以及样品 7

2.3 实验方法 8

2.3.1 制备样品 8

2.3.2 制备工作电极 9

2.3.3 电化学实验 9

2.3.4 形貌及成分的分析 9

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 恒电流脱合金 11

3.1.1 恒电流档次的选择 11

3.1.2 脱合金过程的电压 12

3.1.3 纳米多孔银的成分分析 12

3.1.4 纳米多孔银的微观形貌 14

3.2 纳米多孔银对甲醛的电催化性能的研究 15

3.2.1 前驱体合金的CV曲线 15

3.2.2 纳米多孔银的甲醛检测灵敏度 18

第四章 结论 21

参考文献 23

发表论文及项目 25

致 谢 26

第一章 绪论

1.1 引言

纳米材料是一种具有纳米级孔径尺寸与韧带，以及三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的材料总称^[1]。其中，纳米银是一种典型的纳米金属材料，其中包括纳米多孔银薄膜，纳米树枝银以及纳米银颗粒。其中纳米多孔银因其对小分子有机物的独特催化性能，在催化、医药、生物标记、光学传感^[2-5]等方面有重大发展前景。纳米多孔金属材料孔径一般小于100 nm，孔径的大小对材料的结构以及性能有重大影响。根据以往的研究，纳米多孔的尺寸越小，纳米多孔银的催化效果越好。

1.2 纳米多孔金属的发展

人类对多孔金属材料的利用可以追溯到公元前。早在古代南美文明时期， 由于当时冶金技术落后，无法的到较为纯净的金。南美人在制作由金或含金矿物的祭祀用品时，会把含有金元素的矿物涂到物品表面， 然后用强酸碱液对祭祀用品进行处理，腐蚀掉较活泼的成分，最终使得祭祀用品呈现闪亮的金黄色光泽， 这项工艺被称为损耗镀金法^[6]。

到了19世纪中期，科学家发明了液相法用来制备多孔金属。液相法的原理是在熔融的金属中加入能够提高粘度的物质，再通入气体而使其发泡，经过冷却会生成多孔结构；也可以将熔融的金属浇铸在具有泡沫形状的铸模上，冷却之后的金属会具有与铸模相同的孔隙。

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