專利名稱：一種在離子液體微乳液中直接電沉積制備納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在離子液體微乳液中直接電沉積制備納米材料的新方法。
背景技術(shù)：
納米材料是近年來倍受人們關(guān)注的新型材料。納米粒子因其粒徑小、比表面積大，而具 有獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，廣泛應(yīng)用于催化、電學(xué)、光學(xué)、生物傳感器等領(lǐng)域。目前制備納 米材料的方法有很多，其中微乳液法是使用較廣的方法之一。
微乳液是指兩種互不相溶的液體在表面活性劑分子界面膜的作用下，形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、 各向同性、透明或半透明的分散體系。微乳液分散相的液滴直徑通常為0 100 nm，是一種 具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的溶液體系。由于這種具有納米尺寸的有序分子組合體(納米水池)已 被證明是納米材料合成的有效反應(yīng)器，通過對(duì)這種納米反應(yīng)器的尺寸、材質(zhì)等因素的調(diào)控， 可以方便地合成出具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的納米材料，近20年來，伴隨納米科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 微乳液的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究獲得了迅速的發(fā)展。因?yàn)橐话惴聪辔⑷轶w系的導(dǎo)電性極差，難以用 于電化學(xué)研究，目前利用微乳液制備納米粒子主要釆用化學(xué)法，電化學(xué)方法采用很少，。
離子液體由體積較大的有機(jī)陽離子和體積相對(duì)較小的無機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成，是一種完 全由離子組成的低溫或室溫熔鹽。與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑或水溶液相比較，離子液體具有系列突 出的優(yōu)點(diǎn)(1)幾乎沒有蒸汽壓、不揮發(fā)、無色無嗅；(2)熱穩(wěn)定性高，具有很寬的液態(tài)溫 度范圍；(3)化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較寬的電化學(xué)窗口等。因此離子液體作為一種新興的綠色 溶劑在材料制備、化學(xué)合成、生物技術(shù)等領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。由于離子液體具有良好的導(dǎo) 電性和較寬的電位窗口，很早就被用于電化學(xué)研究，特別被推崇用于一些水溶液中難以進(jìn)行 的電化學(xué)過程。
離子液體與水在表面活性劑的作用下可構(gòu)成微乳液，此種新型的離子液體微乳液與傳統(tǒng) 的反相微乳液有著相似的微觀結(jié)構(gòu)，但其有著較高的導(dǎo)電性，故可用于電化學(xué)應(yīng)用過程。電 化學(xué)方法因其操作簡單、成本低廉、易于控制而廣受關(guān)注。因此，本發(fā)明提出的在離子液體 微乳液中采用電化學(xué)方法制備納米材料技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在提供一種新穎、方便、可控的制備納米材料的方法，采用該方法無需 特殊設(shè)備及特殊工藝流程，即可制備出尺寸可控、分布均勻的納米鍍層。
其特征在于將導(dǎo)體電極置于含有金屬鹽的水包離子液體微乳液中，采用一定的電流密度 或控制一定的電極電位，短時(shí)間內(nèi)即可獲得均勻一致，粒徑在0 100nm之間的金屬鍍層， 而且粒徑大小可以通過參數(shù)調(diào)節(jié)來控制。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明將新型的水包離子液體微乳液作為電解質(zhì)體系，并將其與電極構(gòu)建電極系統(tǒng)，利 用微乳液中的"納米水池"作為反應(yīng)器，通過電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)可控納米鍍層的制備。
將相應(yīng)的金屬鹽水溶液、表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸 鹽離子液體按一定的比例混合，在超聲波作用下分散均勻，形成透明的均一相離子液體包水 微乳液。其中的金屬鹽根據(jù)沉積需要可以是硫酸銅、硝酸銀、氯金酸等，其水溶液濃度可在 0.01 0.1 mol/L的較寬范圍內(nèi)變化。
所述的電沉積基底電極材料可為銅、鎳、不銹鋼、玻碳，沉積前需對(duì)電極進(jìn)行一定的前 處理，即先采用超細(xì)氧化鋁粉對(duì)電極進(jìn)行打磨，然后分別置于稀硝酸溶液、乙醇、二次蒸餾 水中超聲3 5 min。
所述的電沉積是將銅、鎳、不銹鋼、玻碳等作為工作電極，大面積鉑片作為對(duì)極，放入 離子液體微乳液電解質(zhì)中，采用一定的電化學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)電沉積?？刹捎每刂齐娏鞣ɑ蚩刂?電位法采用控制電流法時(shí)，其電流密度控制在3 20mA/cm、采用控制電位法時(shí)，其電位 可控制在-0.4 0.2 V (相對(duì)Ag/AgCl電極電位)。
所述的電沉積是將經(jīng)過前處理的電極直接置于水包離子液體微乳液中，恒定電流或恒定 電位5 30 min。
所述的電沉積是將經(jīng)過前處理的電極直接置于溫度在10 40'C范圍內(nèi)的水包離子液體微 乳液中。
所述的尺寸可控、分布均勻的納米金屬鍍層是指獲得的納米金屬鍍層粒徑可通過水與表 面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚的摩爾比來控制。當(dāng)控制一定的摩爾比，經(jīng)過一定時(shí)間的電沉 積后可在電極表面形成一層顆粒大小一致、粒徑在0 100nm間的金屬納米粒子。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的制備納米鍍層的方法。采用本發(fā)明方法可將微乳液法與電化學(xué)方法兩種制備納米材料的優(yōu)點(diǎn)合二為一。采用高電導(dǎo)率的離子液體微乳液代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 反相微乳液，從而使得電沉積變?yōu)榭赡?；采用電化學(xué)方法設(shè)備低廉、操作簡單、易于控制， 可以輕易通過控制參數(shù)來調(diào)節(jié)鍍層的微觀形貌。最終可根據(jù)需求的不同獲得各種功能性的納 米材料。


附圖1為實(shí)施例1采用本發(fā)明方法所得的銀納米鍍層的掃描電鏡照片。
附圖2為實(shí)施例2采用本發(fā)明方法所得的金納米鍍層的掃描電鏡照片。
附圖3為實(shí)施例3采用本發(fā)明方法所得的粒徑約為40nm的金納米鍍層的掃描電鏡照片。
附圖4為實(shí)施例3采用本發(fā)明方法所得的粒徑約為25nm的金納米鍍層的掃描電鏡照片。
附圖5為實(shí)施例3采用本發(fā)明方法所得的粒徑約為10nm的金納米鍍層的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施方案
以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
[實(shí)施例11
將0.05mol/L硝酸銀水溶液、表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚和l-丁基-3-甲基咪唑六氟磷 酸鹽離子液體分別按10%、 45%、 45%的體積比混合，然后超聲10min使其混合均勻。將直徑 為3mm的玻碳電極在超細(xì)氧化鋁粉末上打磨光滑，水洗后分別置于稀硝酸水溶液、無水乙醇 和二次蒸餾水中各超聲5min，干燥待用。然后將玻碳作為工作電極接電源負(fù)極，大面積鉑片 為對(duì)極接電源正極，放入事先配好的含有硝酸銀的離子液體微乳液中，控制電流密度為5 mA/cm2，沉積5min后即可在電極上得到所需鍍層。經(jīng)掃描電鏡(SEM， JSM-6700F， JEOL Company Japan)發(fā)現(xiàn)其鍍層顆粒分布均勻，粒徑為15nm左右。
[實(shí)施例21
將O.Ol mol/L的氯金酸水溶液、表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚和l-丁基-3-甲基咪唑六氟 磷酸鹽離子液體分別按10%、 55%、 35。/。的體積比混合，然后超聲10min使其混合均勻。同時(shí) 將表面積為0.5cn^的不銹鋼電極在超細(xì)氧化鋁粉末上打磨光滑至鏡面，水洗后分別置于稀硝 酸水溶液、無水乙醇和二次蒸餾水中各超聲5min,干燥待用。然后將不銹鋼作為工作電極，
5大面積鉑片為對(duì)極，無水Ag/AgCl為參比電極，放入事先配好的含有氯金酸的離子液體微乳 液中，控制電極電位為0.2￥，沉積30min后即可在不銹鋼電極上得到所需鍍層。經(jīng)掃描電鏡 (SEM,JSM-6700F，JEOL Company Japan)發(fā)現(xiàn)其鍍層顆粒分布均勻，粒徑在50nm左右，經(jīng) X射線衍射(XRD， Bruker D8 Advance Diffractometer, Cu K a 1)表征發(fā)現(xiàn)其金顆粒呈面心立 方結(jié)構(gòu)。
[實(shí)施例31
將0.1 mol/L的氯金酸水溶液、表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚和l-丁基-3-甲基咪唑六氟 磷酸鹽離子液體分別按一定的體積比混合，配制三份水與表面活性劑不同摩爾比的微乳液， 其摩爾比分別為5.25、 7.7、 9.0，然后超聲10min使其混合均勻。同時(shí)將表面積為0.5cr^的鎳 電極在金相砂紙上打磨光亮，水洗后分別置于無水乙醇和二次蒸餾水中各超聲5min，干燥待 用。然后將鎳電極作為工作電極連接電源負(fù)極，大面積鉑片為對(duì)極連接電源正極，放入事先 配好的三種水與表面活性劑不同摩爾比、含有氯金酸的離子液體微乳液中，控制電流密度為 10mA/cm2，沉積8min后即發(fā)現(xiàn)在鎳電極上得到了金屬鍍層。經(jīng)掃描電鏡(SEM, JSM-6700F, JEOL Company Japan)發(fā)現(xiàn)其鍍層顆粒分布均勻，粒徑分別為40nm、 25 nm、 10 nm，水與 表面活性劑的摩爾比越小鍍層顆粒粒徑就越小。
權(quán)利要求
1.一種在離子液體微乳液中直接電沉積制備納米材料的方法，其特征在于將金屬電極或玻碳電極等作為陰極，鉑片作為陽極置于溶有金屬鹽的離子液體微乳液中構(gòu)成陰極極化體系，采用一定的電流密度或控制一定的電極電位，經(jīng)過一定時(shí)間的陰極極化處理，即可在電極表面獲得一層尺寸可控、分布均勻的納米金屬鍍層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述:其特征在于將溶有金屬鹽的水溶液與1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷 酸鹽離子液體、表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚和水按一定的比例構(gòu)成水包離子液體微乳液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述其特征在于金屬鹽可以是硫酸銅、硝酸銀、氯金酸等，其水溶液濃度為0.01 0.1 mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于所采用的電極材料可為銅、鎳、不銹鋼、玻碳。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于所述的電沉積是將經(jīng)過前處理的電極直接置于水包 離子液體微乳液中，其電流密度可控制在3 20mA/cm2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于所述的電沉積是將經(jīng)過前處理的電極直接置于水包 離子液體微乳液中，其電位(相對(duì)Ag/AgCl電極電位)可控制在-0.4 0,2V。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于所述的電沉積是將經(jīng)過前處理的電極直接置于水包 離子液體微乳液中，恒定電流或恒定電位5 30min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于電沉積溫度可控制在10 4(TC。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述其特征在于獲得的納米金屬鍍層其粒徑為0 100nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述其特征在于納米粒子粒徑可通過水與表面活性劑聚乙二醇辛 基苯基醚的摩爾比來控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在離子液體微乳液中直接電沉積制備納米材料的方法，是一種將電化學(xué)方法與微乳液法集為一體的一種制備納米材料的新技術(shù)。采用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體，在表面活性劑聚乙二醇辛基苯基醚的作用下，與水溶液構(gòu)成具有較高導(dǎo)電性的水包離子液體微乳液，并用導(dǎo)體電極與之構(gòu)建電極系統(tǒng)。利用離子液體微乳液中的“納米水池”，采用控制電流法或控制電位法制備尺寸可控、分布均勻的納米金屬鍍層，其中納米粒徑的大小可通過水與表面活性劑的摩爾比來控制。這種新穎的納米材料制備技術(shù)具有設(shè)備低廉、操作簡單、易于控制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D3/02GK101555608SQ200910043340
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者付超鵬, 何斌鴻, 侯朝輝, 曠亞非 申請(qǐng)人:湖南理工學(xué)院