專利名稱：一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達及其制備方法
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及其制備方法。
背景技術(shù)：
早在半個世紀前，著名物理學(xué)家費曼提出了實現(xiàn)類似汽車的納米馬達的可能性。而人工設(shè)計合成催化性納米馬達的探索，最早可以追溯到2002年，Ismagilov等首次將鉬催化產(chǎn)氣提供推動力的概念引入自動運動裝置的設(shè)計當中。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)上進一步發(fā)展,設(shè)計出結(jié)構(gòu)更加簡易的自動運動納米棒，系統(tǒng)的闡述了微/納米級金-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)出高速運動的能力，成為非生物人工合成納米馬達的開端。為了更深入研究人工合成納米馬達的組分，形狀，動力來源，催化機理，研究人員相繼報道了 金-銠納米棒馬達，鉬-釕納米棒馬達等；微管狀引擎；磁力驅(qū)動柔韌的金屬納米棒馬達；光催化銀-氧化鋅納米棒馬達等。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及其制備方法，該制備方法具有成本低廉、適用性強、穩(wěn)定性好、能量轉(zhuǎn)化效率高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點。為實現(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的制備方法，用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機膜作為模板，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，溶解氧化鋁無機膜，釋放納米馬達。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提供動力的雙組分燃料組分為質(zhì)量分數(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為線狀納米棒，長度為
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動。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)明操作簡單，成本低，而且所制得的納米馬達既適合于燃料驅(qū)動也適合于磁力驅(qū)動(鐵鎳合金具有磁性)，是將兩種機制集于一身的納米棒馬達。本發(fā)明的Au-FeNi兩段式合金納米馬達與經(jīng)典的Au-Pt納米馬達相比，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在H2O2和N2H4混合燃料中的運動速度比Au-Pt納米馬達在單一燃料中的運動速度快了 5 10倍。


圖I是將納米馬達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)碼相機拍攝的納米馬達靜態(tài)圖。圖中標尺的每一小格為I μ m,圖中納米棒的長度約為 7 μ m0
具體實施例方式本發(fā)明提出了 Au-FeNi兩段式納米馬達的制備。所用模板為多孔性氧化鋁無機膜，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。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。一些制作實施例如下
制備兩段式Au-FeNi納米馬達所需要的實驗條件為工作電極為噴鍍銅犧牲層的氧化鋁多孔性無機膜，輔助電極為鉬絲電極，參比電極為Ag/AgCl電極。實施例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 ；
按照具體實施方式
中的沉積步驟和納米棒釋放步驟進行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運動速度可達100 um/s 150 um/so實施例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 ；
按照具體實施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運動速度可達100 um/s 150 um/so實施例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 ；
按照具體實施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運動速度可達100 um/s^200 um/s。實施例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 ；
按照具體實施方式
中的電鍍步驟和納米棒釋放步驟進行操作，結(jié)果可得Au-FeNi納米棒，在過氧化氫和肼的混合燃料中運動速度可達100 um/s^200 um/s。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請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的制備方法，其特征在于用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機膜作為模板，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Au-FeNi兩段式合金納米馬達的制備方法，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的制備方法，其特征在于為Au-FeNi兩段式合金納米馬達提供動力的雙組分燃料，其組分為質(zhì)量分數(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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Au-FeNi兩段式合金納米馬達及其制備方法，用噴鍍銅的氧化鋁多孔無機膜作為模板，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；利用混合燃料(H2O2和N2H4)為納米馬達提供動力。本發(fā)明的Au-FeNi兩段式合金納米馬達與經(jīng)典的Au-Pt納米馬達相比，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在H2O2和N2H4混合燃料中的運動速度比Au-Pt納米馬達在單一燃料中的運動速度快了5~10倍。
文檔編號C25D1/00GK102925933SQ20121043389
公開日2013年2月13日 申請日期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 申請人:福州大學(xué)