一種鎳磷合金納米管陣列的電化學合成方法
【專利摘要】一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，將陽極氧化鋁模板清洗晾干，在背面濺射一層金膜，然后配制含有硫酸鎳，硼酸，次亞磷酸鈉的水溶液作為電解液；將陽極氧化鋁模板噴金面與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，分別采用恒壓和恒流兩種沉積模式制備鎳磷納米管，本發明所使用的原料方便易得，實驗設備簡單，工藝也易于實現，可以合成外徑為200納米，長度達50-60微米的鎳磷納米管陣列。
【專利說明】一種鎳磷合金納米管陣列的電化學合成方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于結構化納米材料制備【技術領域】，涉及到在鋰離子電池及超級電容器領域用做電極材料的復合納米材料，特別涉及一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法。
【背景技術】
[0002]納米線、納米管等一維納米材料具有獨特的光、電、磁等特性，在納米器件、鋰離子電池以及超級電容器等方面具有廣泛的應用前景。一維鎳磷合金納米管材料具有較大的比表面積，同時也具有優異的儲能特性，可以作為鋰離子電池及超級電容器的電極材料。目前利用電化學方法制備一維納米材料的有效方法是陽極氧化鋁模板(AAO)輔助電沉積合成法，利用此方法合成Ni納米線的工藝已經很成熟，而合成N1-P納米管復合材料的報道還很少，也沒有用電化學沉積方法制備此類材料的報道。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，能夠制備高度有序的鎳磷納米管陣列。
[0004]為了達到上述目的，發明采取的技術方案為:
[0005]一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗10-20分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層10-20納米的金膜；
[0007]2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4 ? 6H20)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 *H20)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為50-100克/升硫酸鎳，15-30克/升硼酸，35-70克/升次亞磷酸鈉的水溶液作為電解液；
[0008]3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為8-12厘米；
[0009]4)鎳磷納米管的電沉積組裝:分別采用恒壓和恒流兩種沉積模式制備鎳磷納米管，恒壓法的工藝參數為:電壓3.25伏，沉積時間為4.5小時；恒流法又分為大電流密度沉積和小電流密度沉積，大電流密度沉積的工藝參數為:電流密度為200mA/cm2，沉積時間為25分鐘；小電流密度沉積的工藝參數為:電流密度為ImA/cm2，沉積時間為120分鐘。
[0010]本發明的優點:
[0011]本發明所使用的原料方便易得，實驗設備簡單，工藝也易于實現，可以合成外徑為200納米，長度達50-60微米的鎳磷納米管陣列。
【專利附圖】
【附圖說明】[0012]圖1為實施例1的鎳磷納米管陣列的掃描電子顯微鏡照片，其中
[0013]a—放大倍數為20千倍，即2萬倍；
[0014]b—放大倍數為6千倍。
[0015]圖2為實施例2的鎳磷納米管陣列的掃描電子顯微鏡照片，其中
[0016]a—放大倍數為60千倍，即6萬倍；
[0017]b—放大倍數為25千倍，即2萬5千倍。
[0018]圖3為實施例3的鎳磷納米管陣列的掃描電子顯微鏡照片，其中
[0019]a—放大倍數為60千倍，即6萬倍；
[0020]b—放大倍數為45千倍，即4萬5千倍。
【具體實施方式】
[0021]現結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0022]實施例1
[0023]一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，包括以下步驟:
[0024]I)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗10分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層10納米的金膜；
[0025]2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4 ? 6H20)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 ? H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為100克/升硫酸鎳，30克/升硼酸，70克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液；
[0026]3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為10厘米；
[0027]4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒壓沉積模式制備鎳磷納米管，恒壓法的工藝參數為:電壓3.25伏,沉積時間為4.5小時。
[0028]制備出鎳磷納米管結構參照圖1，由圖1可見該鎳磷納米管陣列高度有序，納米管結構分布均勻。
[0029]實施例2
[0030]一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，包括以下步驟:
[0031]I)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗15分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層15納米的金膜；
[0032]2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4 ? 6H20)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 ? H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為100克/升硫酸鎳，30克/升硼酸，70克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液；
[0033]3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為12厘米；
[0034]4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒流制備鎳磷納米管，恒流法為大電流密度沉積，大電流密度沉積的工藝參數為:電流密度設定為200mA/cm2，根據陽極氧化鋁模板的面積，設置電流為20暈安,沉積時間為25分鐘。
[0035]制備出鎳磷納米管結構參照圖2，由圖2可見該鎳磷納米管陣列管壁厚度均勻一致，納米管結構分布均勻有序。
[0036]實施例3:
[0037]—種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，包括以下步驟:
[0038]I)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗20分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層20納米的金膜；
[0039]2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4 ? 6H20)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 ? H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為50克/升硫酸鎳，15克/升硼酸，35克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液；
[0040]3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為8厘 米；
[0041]4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒流制備鎳磷納米管，恒流法為小電流密度沉積，小電流密度沉積的工藝參數為:電流密度設定為ImA/cm2，根據陽極氧化鋁模板的面積，設置電流為I暈安，沉積時間為120分鐘。
[0042]制備出鎳磷納米管結構參照圖3，由圖3可見該鎳磷納米管陣列管壁厚度一致，納米管結構分布均勻。
【權利要求】
1.一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗10-20分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層10-20納米的金膜； 2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4*61120)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 -H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為50-100克/升硫酸鎳，15-30克/升硼酸，35-70克/升次亞磷酸鈉的水溶液作為電解液； 3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為8-12厘米； 4)鎳磷納米管的電沉積組裝:分別采用恒壓和恒流兩種沉積模式制備鎳磷納米管，恒壓法的工藝參數為:電壓3.25伏，沉積時間為4.5小時；恒流法又分為大電流密度沉積和小電流密度沉積，大電流密度沉積的工藝參數為:電流密度為200mA/cm2，沉積時間為25分鐘；小電流密度沉積的工藝參數為:電流密度為ImA/cm2，沉積時間為120分鐘。
2.根據權利要求1所述的一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗10分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層10納米的金膜； 2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4*61120)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 -H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為100克/升硫酸鎳，30克/升硼酸，70克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液； 3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為10厘米； 4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒壓沉積模式制備鎳磷納米管，恒壓法的工藝參數為:電壓3.25伏，沉積時間為4.5小時。
3.根據權利要求1所述的一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗15分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層15納米的金膜； 2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4*61120)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 -H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為100克/升硫酸鎳，30克/升硼酸，70克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液； 3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極 連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為12厘米； 4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒流制備鎳磷納米管，恒流法為大電流密度沉積，大電流密度沉積的工藝參數為:電流密度設定為200mA/cm2，根據陽極氧化鋁模板的面積，設置電流為20暈安,沉積時間為25分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種鎳磷合金納米管陣列的電化學制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)陽極氧化鋁模板的預處理及金電極的制備:將陽極氧化鋁模板分別利用無水乙醇和去離子水超聲清洗20分鐘，晾干；采用多靶材濺射系統在陽極氧化鋁模板的背面濺射一層20納米的金膜； 2)電解液的配制:以硫酸鎳(NiSO4*61120)、硼酸(H3B03)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2 -H2O)為原料，在室溫下用去離子水溶解，配制含有各物質濃度為50克/升硫酸鎳，15克/升硼酸，35克/升次亞磷酸鈉的水溶液20毫升作為電解液； 3)電沉積反應回路的搭建:利用雙面導電膠帶將陽極氧化鋁模板噴金面粘接在銅片上，銅片的另一端與電源負極連接，作為電化學沉積反應的陰極；電源正極連接石墨電極，作為電化學沉積反應的陽極；將陽極氧化鋁模板與石墨電極浸沒于所配制的電解液中，兩電極之間的距離為8厘米； 4)鎳磷納米管的電沉積組裝:采用恒流制備鎳磷納米管，恒流法為小電流密度沉積，小電流密度沉積的工藝參數為:電流密度設定為ImA/cm2，根據陽極氧化鋁模板的面積，設置電流為I毫安，沉積時間為 120分鐘。
【文檔編號】C25D3/56GK103806040SQ201310557953
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】張漫漫, 李本強, 薛新, 江新兵, 于偉 申請人:西安交通大學