專利名稱：一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米 材料合成領(lǐng)域,具體涉及一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)及其制備方法。
背景技術(shù)：
早在半個(gè)世紀(jì)前，著名物理學(xué)家費(fèi)曼提出了實(shí)現(xiàn)類似汽車的納米馬達(dá)的可能性。而人工設(shè)計(jì)合成催化性納米馬達(dá)的探索，最早可以追溯到2002年，Ismagilov等首次將鉬催化產(chǎn)氣提供推動(dòng)力的概念引入自動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)當(dāng)中。在2004年，賓西法利亞州立大學(xué)的Mallouk和Sen兩位教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)易的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)納米棒，系統(tǒng)的闡述了微/納米級(jí)金-鉬兩段式納米棒的合成方法，并發(fā)現(xiàn)該納米棒能夠在過氧化氫溶液中展現(xiàn)出高速運(yùn)動(dòng)的能力，成為非生物人工合成納米馬達(dá)的開端。為了更深入研究人工合成納米馬達(dá)的組分，形狀，動(dòng)力來源，催化機(jī)理，研究人員相繼報(bào)道了 金-銠納米棒馬達(dá)，鉬-釕納米棒馬達(dá)等；微管狀引擎；磁力驅(qū)動(dòng)柔韌的金屬納米棒馬達(dá)；光催化銀-氧化鋅納米棒馬達(dá)等。公開發(fā)表的論文有:5k# 2011，7，2709^2713 -,ACS Nano. 2010，4，1799^1804 J. Am. Chem. Soc. 2010, 132，11403 -,ΝΑΝΟLett. 2011, 11，2083 2087。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)及其制備方法，該制備方法具有成本低廉、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、能量轉(zhuǎn)化效率高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機(jī)膜作為模板，在其微孔中依次沉積銅犧牲層、預(yù)鍍金層、沉積金層、最后沉積鐵鎳合金層，去除銅層，溶解氧化鋁無機(jī)膜，釋放納米馬達(dá)。所述的沉積銅犧牲層的溶液為O. 20 M^O. 60 M的硫酸銅溶液；沉積銅犧牲層的條件為ρΗ 6. 0 8· O ;電流密度0. 10 A/dnTO. 50 A/dm2 ;溫度10°C 40。。。所述的預(yù)鍍金層所用的鍍液的成分為氯金酸、丁二酰亞胺、氨三乙酸和磷酸二氫鉀，其中氯金酸的濃度為O. 01 M^O. 20 M，丁二酰亞胺的濃度為O. 05 M^O. 50 M，氨三乙酸的濃度為O. 05 M^O. 50 M，磷酸二氫鉀的濃度為O. 10 M^O. 50 M ;預(yù)鍍金層的條件為pH
6.0 8· O ;電流密度0. 50 mA/dm2 3· O mA/dm2 ;溫度10°C 40。。。所述的沉積金層所用的鍍液為O. 01 Μ~0· 50 M的氯金酸溶液；沉積金層的條件為pH 0. 5 3· O ;電流密度5. O mA/dm2 30 mA/dm2 ;溫度10°C 40。。。所述的沉積鐵鎳合金層所用的鍍液的成分為硫酸亞鐵、硫酸鎳、硼酸和檸檬酸三鈉，其中硫酸亞鐵的濃度為O. 05 M^O. 50 M，硫酸鎳的濃度為O. 05 M^O. 50 M，硼酸的濃度為O. 05 M^O. 50 M，檸檬酸三鈉的濃度為0.05 M^O. 50 M ;沉積鐵鎳合金層的條件為pH :5. 0 9· O ;電流密度0. 10 A/dm2 0· 50 A/dm2 ;溫度10°C 40。。。為Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)提供動(dòng)力的雙組分燃料組分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
O.50% 30%的過氧化氫和物質(zhì)的量濃度為O. 001 M 0. 10 M的肼。一種如上所述的方法制得的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)為線狀納米棒，長(zhǎng)度為
2μ πΓ9 μ m,在過氧化氫和肼的混合溶液中能夠快速且持久地運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明第一次將鐵鎳合金作為催化性金屬組分，首次將肼和過氧化氫混合液作為燃料溶液，且兩者缺一不可。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，成本低，而且所制得的納米馬達(dá)既適合于燃料驅(qū)動(dòng)也適合于磁力驅(qū)動(dòng)(鐵鎳合金具有磁性)，是將兩種機(jī)制集于一身的納米棒馬達(dá)。本發(fā)明的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)與經(jīng)典的Au-Pt納米馬達(dá)相比，使用了成本低廉的鐵鎳合金組分代替了 Pt組分；該鐵鎳合金納米馬達(dá)在H2O2和N2H4混合燃料中的運(yùn)動(dòng)速度比Au-Pt納米馬達(dá)在單一燃料中的運(yùn)動(dòng)速度快了 5 10倍。


圖I是將納米馬達(dá)的水溶液滴在玻片上，烘干，置于金相顯微鏡下，放大1000倍后，用數(shù)碼相機(jī)拍攝的納米馬達(dá)靜態(tài)圖。圖中標(biāo)尺的每一小格為I μ m,圖中納米棒的長(zhǎng)度約為 7 μ m0
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了 Au-FeNi兩段式納米馬達(dá)的制備。所用模板為多孔性氧化鋁無機(jī)膜，在多孔性氧化鋁膜上噴鍍一層銅，使之作為模板。用硫酸銅溶液沉積銅層作為犧牲層；接下來在金預(yù)鍍液中預(yù)鍍金層，防止氯金酸與銅發(fā)生直換反應(yīng)；然后在氣金Ife溶液中沉積金層，作為納米馬達(dá)的金組分；最后在硫Ife亞鐵、硫酸鎳、硼酸和檸檬酸三鈉等的混合溶液中沉積FeNi合金層。在上述電沉積過程結(jié)束后，將銅犧牲層溶解，然后在NaOH溶液中溶解氧化鋁模板，釋放出納米棒馬達(dá)。最后離心并用二次水清洗，重復(fù)多次直至中性，得到Au-FeNi合金納米馬達(dá)。一些制作實(shí)施例如下
制備兩段式Au-FeNi納米馬達(dá)所需要的實(shí)驗(yàn)條件為工作電極為噴鍍銅犧牲層的氧化鋁多孔性無機(jī)膜，輔助電極為鉬絲電極，參比電極為Ag/AgCl電極。實(shí)施例I
沉積銅的鍍液組成
硫酸銅O. 20 M ;
電流密度O. 30 A/dm2 ；
pH7. O ；
溫度10°C ；
預(yù)鍍金鍍液組成
氯金酸O. 02 M ;
丁二酰亞胺O. 10 M ;
氨三乙酸O. 10 M ;
磷酸二氫鉀O. 20 M ;電流密度O. 8 mA/dm2 ；
pH7. O ；
溫度10°C ；
沉積金鍍液組成
氯金酸O. 08 M ;
電流密度8. 5 mA/dm2 ；
pHI. I ；
溫度10°C ； 沉積鐵鎳合金層鍍液組成
硫酸亞鐵O. 09 M ;
硫酸鎳O. 09 M ;
硼酸O. 48 M ;
檸檬酸三鈉O. 06 M ;
電流密度O. 17 A/dm2 ；
pH6. O ；
溫度10°C ；
按照具體實(shí)施方式
中的沉積步驟和納米棒釋放步驟進(jìn)行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)100 um/s 150 um/so實(shí)施例2
沉積銅層鍍液組成
硫酸銅O. 25 M ;
電流密度O. 30 A/dm2 ；
pH7. O ；
溫度15°C ；
預(yù)鍍金層鍍液組成
氯金酸O. 04 M ;
丁二酰亞胺O. 15 M ；
氨三乙酸O. 15 M ;
磷酸二氫鉀O. 30 M ;
電流密度I. O mA/dm2 ；
pH7. O ；
溫度15°C ；
沉積金層鍍液組成
氯金酸O. 09 M ;
電流密度10 mA/dm2 ；
pHI. O ；
溫度15°C ；
沉積鐵鎳合金層鍍液組成
硫酸亞鐵O. 10 M ;硫酸鎳O. 10 M ;
硼酸O. 50 M ;
檸檬酸三鈉O. 08 M ;
電流密度O. 13 A/dm2 ；
pH6. 5 ；
溫度15°C ；
按照具體實(shí)施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進(jìn)行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)100 um/s 150 um/so實(shí)施例3 沉積銅層鍍液組成
硫酸銅O. 30 M ;
電流密度O. 35 A/dm2 ；
pH7. O ；
溫度20°C ；
預(yù)鍍金層鍍液組成
氯金酸O. 06 M ;
丁二酰亞胺O. 20 M ;
氨三乙酸O. 15 M ;
磷酸二氫鉀O. 35 M ;
電流密度O. 90 mA/dm2 ；
pH7. O ；
溫度20°C ；
沉積金層鍍液組成
氯金酸O. 10 M ;
電流密度12 mA/dm2 ；
pHI. O ；
溫度20°C ；
沉積鐵鎳合金層鍍液組成
硫酸亞鐵O. 10 M ;
硫酸鎳O. 30 M ;
硼酸O. 50 M ;
檸檬酸三鈉O. 06 M ;
電流密度O. 25 A/dm2 ；
pH7. 5 ；
溫度20°C ；
按照具體實(shí)施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進(jìn)行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)100 um/s^200 um/s。實(shí)施例4 沉積銅的鍍液組成硫酸銅O. 35 M ;
電流密度O. 25 A/dm2 ；
pH7. O ；
溫度30°C ；
預(yù)鍍金鍍液組成
氯金酸O. 08 M ;
丁二酰亞胺O. 25 M ;
氨三乙酸O. 20 M ;
磷酸二氫鉀O. 40 M ；
電流密度I. 2 mA/dm2 ；
pH7. O ；
溫度30°C ； 沉積金鍍液組成
氯金酸O. 092 M ；
電流密度I. 3 mA/dm2 ；
pHI. O ；
溫度30°C ；
沉積鐵鎳合金層鍍液組成
硫酸亞鐵O. 12 M ;
硫酸鎳O. 36 M ;
硼酸O. 50 M ;
檸檬酸三鈉O. 06 M ;
電流密度O. 28 A/dm2 ；
pH7. 5 ；
溫度30°C ；
按照具體實(shí)施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進(jìn)行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)100 um/s^200 um/s。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機(jī)膜作為模板，在其微孔中依次沉積銅犧牲層、預(yù)鍍金層、沉積金層，最后沉積鐵鎳合金層制備納米馬達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于所述的沉積銅犧牲層的溶液為O. 20 M^O. 60 M的硫酸銅溶液；沉積銅犧牲層的條件為pH 6. 0 8· O ；電流密度0. 10 A/dm2 O. 50 A/dm2 ；溫度10°C 40。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于所述的預(yù)鍍金層所用的鍍液的成分為氯金酸、丁二酰亞胺、氨三乙酸和磷酸二氫鉀，其中氯金酸的濃度為O. 01 M^O. 20 M，丁二酰亞胺的濃度為O. 05 M^O. 50 M，氨三乙酸的濃度為O. 05M^O. 50 M，磷酸二氫鉀的濃度為O. 10 M^O. 50 M ;預(yù)鍍金層的條件為pH 6. 0 8· O ；電流密度0· 50 mA/dm2 3. O mA/dm2 ；溫度10°C 40。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于所述的沉積金層所用的鍍液為O. 01 M^O. 50 M的氯金酸溶液；沉積金層的條件為pH 0. 5 3. O ；電流密度5. O mA/dm2 30 mA/dm2 ；溫度10°C 40。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于所述的沉積鐵鎳合金層所用的鍍液的成分為硫酸亞鐵、硫酸鎳、硼酸和檸檬酸三鈉，其中硫酸亞鐵的濃度為O. 05 M^O. 50 M，硫酸鎳的濃度為O. 05 M^O. 50 M，硼酸的濃度為O. 05 M^O. 50M，檸檬酸三鈉的濃度為O. 05 M^O. 50 M ;沉積鐵鎳合金層的條件為pH 5. 0 9· O ；電流密度0. 10 A/dm2 O. 50 A/dm2 ；溫度10°C 40。。。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)的制備方法，其特征在于為Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)提供動(dòng)力的雙組分燃料，其組分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 509Γ30%的過氧化氫和物質(zhì)的量濃度為O. 001 M^O. 10 M的肼。
7.—種如權(quán)利要求I所述的方法制得的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)及其制備方法，用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機(jī)膜作為模板，在其微孔中依次沉積銅犧牲層、預(yù)鍍金層、沉積金層，最后沉積鐵鎳合金層制備納米馬達(dá)；利用混合燃料(H2O2和N2H4)為納米馬達(dá)提供動(dòng)力。本發(fā)明的Au-FeNi兩段式合金納米馬達(dá)與經(jīng)典的Au-Pt納米馬達(dá)相比，使用了成本低廉的鐵鎳合金組分代替了Pt組分；該鐵鎳合金納米馬達(dá)在H2O2和N2H4混合燃料中的運(yùn)動(dòng)速度比Au-Pt納米馬達(dá)在單一燃料中的運(yùn)動(dòng)速度快了5~10倍。
文檔編號(hào)C25D1/00GK102925933SQ20121043389
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者孫建軍, 肖慶, 李炬, 黃宗雄 申請(qǐng)人:福州大學(xué)