Author Affiliations
Abstract
1 Jiangsu Key Laboratory of Micro and Nano Heat Fluid Flow Technology and Energy Application, School of Physical Science and Technology, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
2 School of Chemistry and Life Sciences, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 215009, China
The distribution of metal nanoparticles on the surface of a surface enhancement Raman scattering (SERS)-active substrate plays a prominent part in not only the enhancement of Raman vibration signal, but also the spectrum uniformity. Here, a facile method to fabricate SERS substrates with excellent homogeneity and low cost was proposed, in which a lyotropic liquid crystal soft template was introduced for the coordinated growth of the silver nanoflowers in the process of electrochemistry deposition. Simulation was carried out to illustrate the dominated influence of the distance of electrodes on the deposited nanoparticle number. Two kinds of conductive materials, silver plate and indium tin oxide (ITO) glass, were chosen as the anode, while the cathode was fixed as ITO glass. The simulated conjecture on the effect of electrode flatness on the uniformity of deposited nanoparticles in silver is experimentally proved. More importantly, it was demonstrated that with a relatively smooth and flat ITO glass anode, a SERS substrate featuring higher spectrum uniformity could be achieved. This work is of great significance to the actual applications of the SERS substrate for quantitative detection with high sensitivity.
SERS Raman spectrum surface flatness nanoparticle distribution electrodeposition Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 113001
纤维结构电子器件近年来备受关注，但作为其核心部件的纤维结构光电极尚未实现批量化制造。尤其是，在沿长尺寸纤维电极组装纳米结构ZnO等常用半导体氧化物的过程中，往往面临前体溶胶长时间稳定保存与局部凝胶快速可控沉积的矛盾。因此提出了一种适合在长纤维基底上连续可控沉积纳米ZnO的电沉积方法。研究设计了能沿长纤维移动的微型连续流反应槽，并通过电泳作用强化胶团迁移，触发溶胶在纤维电极局部的快速凝胶化。最终，在长度超过米级的镀金属高分子纤维上，均匀包覆ZnO纳米薄层，并进一步在薄层上生长了多孔及纳米棒阵列结构的ZnO层，进而开发了一类纤维结构ZnO基光电极材料。该材料被成功应用于纤维太阳能电池，其中最佳的器件达到了0.446 V的开路电压、3.77 mA·cm-2的短路电流密度和0.41的填充因子。相关方法为突破多种纤维结构氧化物半导体电极的批量化制备瓶颈，实现大面积织物电子器件及智能纺织品加工提供了重要思路。
纤维太阳能电池 纳米氧化物 可控电沉积 长纤维电极 织物电子 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316008
1 邵阳学院食品与化学工程学院，邵阳 422000
2 中南大学粉末冶金研究院，长沙 410083
3 广东氢发新材料科技有限公司，佛山 528000
4 昆明贵金属研究所铂金属综合利用先进技术国家重点实验室，昆明 650106
采用喷涂或转印方法制备的质子交换膜燃料电池催化层存在活性不均匀或活性位点易失效的问题。本研究用静电纺丝法制备高导电性的柔性碳纳米纤维薄膜，然后将析氢电位较高的Cu以脉冲电沉积的方式均匀沉积到纤维膜上，制备出Cu纳米晶/碳纳米纤维膜，最后通过原位置换还原，合成Cu@PtCu/碳纳米纤维(Cu@PtCu/CNF)催化薄膜。Cu@PtCu/CNF催化薄膜解决了催化层活性不均的问题，且可以直接作为催化层使用。采用 SEM、XRD、XPS 等对其形貌、结构进行了表征。电化学测试结果表明，在pH=4、氯铂酸浓度为0.25 mg·mL-1时获得的Cu@PtCu/CNF催化薄膜，其面积比活性为49 m2·g-1。在5 000个循环的稳定性测试后，电化学活性比表面积保持74%，半波电位下降了9 mV，均优于商业Pt/C催化剂。
催化剂薄膜 碳纳米纤维膜 静电纺丝 电沉积 氧还原反应 catalyst film carbon nanofiber film electrospinning electrodeposition oxygen reduction reaction Cu@PtCu Cu@PtCu
Author Affiliations
Abstract
Department of Chemistry and Biochemistry, Bard College, Annandale-on-Hudson, NY, United States of America
In this report, we demonstrate a novel technique for the microscopic patterning of gold by combining the photoreduction of AuIIIBr4 - to AuIBr2 - and the electrochemical reduction of AuIBr2 - to elemental gold in a single step within solution. While mask-based methods have been the norm for electroplating, the adoption of direct laser writing for flexible, real-time patterning has not been widespread. Through irradiation using a 405 nm laser and applying a voltage corresponding to a selective potential window specific to AuIBr2 -, we have shown that we can locally deposit elemental gold at the focal point of the laser. In addition to demonstrating the feasibility of the technique, we have collected data on the kinetics of the photoreduction reaction in ethanol and have deduced its rate law. We have confirmed the selective deposition of AuIBr2 - within a potential window through controlled potential electrolysis experiments and through direct measurement on a quartz crystal microbalance. Finally, we have verified local deposition through scanning electron microscopy.
photolithography direct laser writing electrodeposition gold (III) bromide photoreduction International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(3): 035001
为了解决316L不锈钢基板直接电沉积的困难、前处理复杂和现有局部电沉积技术柔性差的问题，在电沉积系统中引入激光，在利用激光去除不锈钢表面氧化膜的同时实现了无掩模诱导定域电沉积。采用扫描电子显微镜、X射线色散谱分析法、循环伏安法和电流-时间曲线对加工机理及镀层性能进行了理论和试验分析，研究了激光的单脉冲能量、扫描速度和脉冲频率对镀层表面形貌的影响规律，并研究了热累积效应对沉积精度的影响。试验结果表明，激光的引入可以在未经前处理的不锈钢表面实现局部电沉积，且镀层表面质量、耐蚀性和结合力较好，尺寸精度和沉积速率高。
激光技术 电沉积 不锈钢 定域金镀层 氧化膜 中国激光
2022, 49(22): 2202003
光学 精密工程
2022, 30(16): 1968
1 国家能源集团 绿色能源与建筑研究中心，北京 102211
2 北京低碳清洁能源研究院，北京 102211
为在新型纳米结构太阳能电池中应用ZnO纳米柱阵列材料，则要求能够对纳米柱的几何形貌与光电物理性质进行裁剪与操控。本文使用电沉积方法制备了ZnO纳米柱阵列，通过在电解液中使用Al（NO3）3 和NH4NO3，实现了对纳米柱晶体质量、直径、阵列密度、柱间距、Al掺杂浓度、光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移等物理性质的调控。其可在28~102 nm范围内操控ZnO纳米柱的直径。NH4NO3的使用可将纳米柱的阵列密度降低至2.7×109 /cm2及将纳米柱间距增大至164 nm。电解液中NH4NO3的使用可将ZnO纳米柱中的Al/Zn重量比提升至2.92%，结果表明NH4NO3可以有效地促进ZnO纳米柱的Al掺杂。通过Al（NO3）3与NH4NO3可以对ZnO纳米柱的光学带隙在3.36~3.55 eV范围内进行裁剪，并对ZnO纳米柱的近带边发射性质进行操控。Al（NO3）3的引入使ZnO纳米柱的斯托克斯位移增大至200 meV。NH4NO3能够有效地将样品的斯托克斯位移降低至26 meV。通过使用Al（NO3）3 和NH4NO3实现了对ZnO纳米柱阵列几何形貌与光电物理性质的有效裁剪，获得了高质量的纳米柱阵列材料。
氧化锌 硝酸铵 硝酸铝 电沉积 光学带隙 斯托克斯位移 ZnO ammonium nitrate aluminum nitrate electrodeposition optical band gap energy stokes shift
上海师范大学化学与材料科学学院, 上海 200234
从复杂样表面有效提取目标分析物对于将表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术推广到实际应用具有重要意义。本文通过利用透明性和粘合性的胶带与具有良好SERS活性的沉积在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)表面的金纳米粒子阵列(AuNPs)相复合作为SERS基底, 提出了一种应用于果蔬农药残留的SERS光谱快速检测方法。采用柔性胶带将分析物从实际的样品表面方便快捷地转移到作为SERS基底的金纳米粒子阵列(AuNPs/ITO)上, 通过简捷的“粘贴, 剥离和再粘贴”的过程直接提取水果和蔬菜表面的农药残留, 如福美双等, 实现对果蔬农药残留的SERS光谱快速检测。这一研究能够为相关检测技术的建立提供有益的信息。
表面增强拉曼散射光谱 胶带 金纳米粒子 电沉积 福美双 surface-enhanced Raman scattering spectroscopy tape thiram gold nanoparticles electrodeposition
通过电沉积法，控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜，采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明：当电流密度为2 mA/cm2，所得金属锡薄膜表面最为致密，结晶度最高；将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池，首次放电比容量为752 mAh/g，库伦效率为81.65%；30个循环后，放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外，该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力，其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10-17 cm2/s。
金属锡薄膜 电沉积 电流密度 负极材料 电化学性能 metal tin film electrodeposition current density anode material electrochemical performance
1 国家能源集团绿色能源与建筑研究中心, 北京 102211
2 北京低碳清洁能源研究院, 北京 102211
为在新型太阳能电池等先进光电器件中成功应用ZnO纳米柱阵列,需要以高沉积速率生长ZnO纳米柱,并能够对纳米柱的形貌与光电物理性质进行操控。使用电沉积方法制备ZnO纳米柱阵列,在主电解液中加入了六次甲基四胺,对所制备的ZnO纳米柱阵列的形貌与光电物理性质进行了测试分析。六次甲基四胺能够大幅提升ZnO纳米柱的生长速率,相比未使用六次甲基四胺的电解液配方,ZnO纳米柱的生长速率提高了356%。同时,纳米柱的直径与阵列密度得到有效降低,纳米柱间距增大至58 nm。六次甲基四胺的引入使ZnO纳米柱的光学带隙约红移了0.12 eV。在六次甲基四胺的作用下,ZnO纳米柱的斯托克斯位移减小0.15 eV,非辐射复合受到抑制。通过使用六次甲基四胺,实现了ZnO纳米柱的快速电沉积生长,同时实现了对纳米柱的光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移、非辐射复合等光电物理性质的操控。
材料 纳米材料 氧化锌 六次甲基四胺 电沉积 快速生长 非辐射复合 光学学报
2020, 40(16): 1616001
