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钰芯力道

铁虫 (初入文坛)

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[交流] 纳米多孔金层泡沫铜泡沫镍泡沫金属电极

在导体和绝缘体表面上获得纳米多孔金层，可作为电化学传感器，生物传感器和高敏感电极材料。加工方法是在导电化处理后的表面电镀金锡的合金，再通过化学蚀刻的方式去除掉锡元素，从而获得纳米级多孔的金层。获得的多孔金的外观照片效果如下：

图1.（a）上部分是电镀金锡合金处理，(b)在35%硝酸中除去锡获得的多孔金，(c)在5M氢氧化钠和1M双氧水中去锡获得的多孔金.

图2.多孔金显微SEM和EDX能谱

图3. 金锡合金和纳米多孔金的XRD谱图

图4.泡沫镍表面加上的多孔金电极SEM及XRD谱图.

合金电镀后去合金化形成纳米多孔金属

电沉积两种金属的合金，尤其在进行比例控制的时候，需要将两种金属的电位，通过络合剂拉近到20mV以内。这样才可以形成共沉积。当两个电位非常接近的金属进行共沉积时，即使形成合金相，但是很难进行去合金处理。这就是难以使用此法加工的纳米多孔金属的原因。本加工方法的优势在于，可以在任何基材的表面形成纳米多孔金属，包括陶瓷，玻璃，泡沫镍。具有熔化冶炼合金的工艺无法达到的效果。
1、纳米多孔金属的应用领域
根据IUPAC的规定，纳米多孔材料分成3类，分别是【1】：
微孔材料Microporous materials: 0.2–2 nm【2】
介孔材料Mesoporous materials: 2–50 nm【3】
大孔材料Macroporous materials: 50–1000 nm【3】
多孔金属在很多地方又广泛使用。图1显示了其广泛应用的典型领域。

纳米多孔金的应用(a)有机催化过程，（b）柔性电池，（c）环境保护的废弃降解，(d)燃料电池【5】

2、纳米多孔金属的制备效果

其它纳米多孔金属(a)钯【8】, （b）银。

纳米多孔合金，（a）Fe-Cr-Mo,(b)Ni-Ti 合金，（c）Ni-Mo-Ga 【4】(d)Cu-Ti合金，（e）Pt72-Al28合金。

3、泡沫镍载体上加工多孔金
实验室研究员在泡沫镍载体上，利用金锡镀液电沉积金锡共晶，再在碱性溶液中去合金中的锡，从而形成泡沫表面的纳米多孔金层。如图10.所示。

纳米多孔金属通常都是采用合金金属加工后，再去合金化处理。
合金金属去合金处理，(a)Au-Ag合金去银；（b）Au80-Sn20合金去锡，(c)Au71-Ag29合金去银【9】

发现多孔金具有非常强的催化双氧水分解的能力，如图11所示。这个对燃料电池的单步反应的氧化还原过程，非常重要。

结论：
合金电镀是应用非常广泛的电镀工艺，但是它也与复合电镀，难度基材，三者并列为电镀难度种类。它在纳米多孔金属制备中的应用，将会为大面积均一形成块体纳米金属提供新的方法。

参考文献：

【1】维基百科Nanoporous，https://en.wikipedia.org/wiki/Nanoporous
【2】http://goldbook.iupac.org/M03909.html
【3】http://goldbook.iupac.org/MT07177.html
【4】金属泡沫，http://www.dunand.northwestern.edu/research/foams.shtml
【5】X. Yan,F. Meng,Y. Xie,J. Liu, Y. Ding，Direct N2H4/H2O2 Fuel Cells Powered
by Nanoporous Gold Leaves，Scientific Reports, 2012,2: 941.
【6】纳米多孔金，http://www.leadao.cn/parameter4/index.aspx。
【7】X. Ke, Y.T. Xu, C.C. Yu, J. Zhao, G.F. Cui, D. Higgins, Q. Li, G. Wu，Nanoporous gold on three-dimensional nickel foam: An efficient hybrid electrode for hydrogen peroxide electroreduction
in acid media，Journal of Power Sources, 2014; 269 (10): 461.
【8J. F. Patton, N. V. Lavrik, D. C. Joy, S. R. Hunter, P. G. Datskos, D. B. Smith,M. J. Sepaniak, Characterization
of hydrogen responsive nanoporous palladium films synthesized via a spontaneous galvanic displacement
reaction, Nanotechnology, 2012, 23(46):465403.
【9】H. Liu, L. Zhang, X. Lang, Y. Yamaguchi, H. Iwasaki, Y. Inouye, Q. Xue,M. Chen,Single molecule detection from a large-scale SERS-active Au79Ag21 substrate, Scientific Reports, 2011, 1: 112
【10】Micro Metal Finishing公司，http://www.micrometalfinishing.com
【11】惠州市力道电子材料有限公司，http://www.leadao.cn/production5/index.aspx
【12】日本田中贵金属公司，http://pro.tanaka.co.jp/en/products/group_a/a_4.html