[发明专利]一种快速制备高度规整的多孔阳极氧化铝模板的方法

说明书

本发明公开了一种快速制备高度规整的多孔阳极氧化铝模板的方法，其步骤为：将抛光的铝片折成“U”字形，其两端分别插入到两个独立的电解池中，并向其中分别插入一石墨板，两石墨板与铝片两端分别平行，且距离相等；加载在两石墨板上的总电压为58‑62 V，电解液温度为25±2℃，制备得到该PAA膜。本发明在封闭型双极电化学阳极氧化条件下，将铝片在高浓度草酸电解液中快速反应生成高度规整的PAA膜，最大氧化电流密度达到了151 mA cm^‑2，PAA膜的最大生长速度为2.0μm/min，本方法可以通过改变两个电解池中的溶液以及阴极电解池中铝片面积的大小来控制PAA膜的生长速度，并且在大电流密度下生长的PAA膜不容易出现击穿现象，且该方法使得铝片可以在无需接线的条件下实现阳极氧化过程。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及一种多孔阳极氧化铝模板的制备方法，具体涉及一种快速制备高度规整的多孔氧化铝模板的方法。

背景技术

多孔阳极氧化铝（PAA）模板具有高度有序的规整度、纳米孔结构易于控制等优点，被广泛用作合成一维纳米结构材料的模板。其中，PAA膜纳米孔洞排布的高规整性是得到优异性能纳米材料的基础。近年来，用PAA作模板，结合电化学沉积、化学或电化学聚合、化学气相沉积、溶胶-凝胶和电泳沉积等方法已成功合成和组装了由金属、合金、非金属、聚合物及其它物质构成的纳米管、纳米线和量子点阵列。目前，对PAA模板的制备研究主要集中在提高纳米孔道规整性和制备效率上。

在传统的电化学阳极氧化法制备PAA膜时，铝片作为阳极直接与电源正极接线相连。目前，最常用的制备有序PAA模板的传统方法是二次氧化法，该方法属于铝的温和阳极氧化，具有反应不剧烈、电流密度较低、氧化膜生长速率较慢等特点，无法快速制备得到PAA膜。为了实现高度有序PAA膜的快速制备，Lee等在草酸中采用所谓“硬氧化”法快速制备出了孔间距为200-300 nm的大面积有序的PAA膜 (Lee W, et al. Nat. Mater., 2006, 5:741)。硬氧化法的特点是阳极氧化膜中的电场强度很高，阳极氧化反应比较剧烈，氧化膜的生长速率很快，可达50 μm·h^-1以上。但是因为其氧化过程中电流密度很高，电解液发热严重，极容易出现击穿现象，所以必须使用强有力的冷却装置控制低温（0 ℃）。因此，如何在不发生击穿和低能耗的条件下，快速制备高度规整的PAA膜是一个具有挑战性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速制备高度规整的PAA模板的简便方法，采用封闭式双极电化学阳极氧化的方法，铝片在高浓度草酸电解液中快速反应，可以实现常温下，大面积高度有序PAA膜的快速稳定生长。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种快速制备高度规整的PAA模板的方法，包括以下步骤：

（1）将抛光的铝片折成“U”字形，铝片的两端分别插入到两个独立的电解池中，在两个电解池中分别插入一块石墨板电极，两块石墨板电极与“U”字形铝片的两端分别平行，并且距离相等；

（2）加载在两块石墨板电极上的总电压为58-62 V，电解液温度控制在25±2℃，制备得到高度规整PAA膜。

较佳的，抛光的铝片是指对铝片进行电化学抛光处理以去除表面天然氧化膜，包括以下两步骤: （1）在2 wt% NaOH溶液中浸泡2分钟; （2）以铝片为阳极，石墨片为阴极，在含有80 wt% H₃PO₄、12 wt% CrO₃、8 wt% H₂O的混合溶液中恒流电化学抛光2分钟，电流密度为120 mA cm^-2，然后用去离子水洗净。

较佳的，与电源负极连接的石墨板电极所在的电解池记为阳极电解池，铝片浸入其内电解液的面积为4 cm²，与电源正极连接的石墨板电极所在的电解池记为阴极电解池，铝片浸入其内电解液的面积为4~10 cm²。