[发明专利]三维纳米多孔金属及其卤素离子辅助电化学纳米焊接制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米多孔材料制作领域，具体公开了一种三维纳米多孔金属的卤素离子辅助电化学纳米焊接的高效制备方法，将待焊接的三维前驱体在含有卤素离子的电解液中进行循环伏安电化学纳米焊接，制得三维纳米多孔金属；所述的三维前驱体包括呈三维结构堆叠的金属颗粒，且金属颗粒之间存在待焊接的纳米间隙。本发明通过卤素离子和循环伏安电化学纳米焊接工艺联合，能够实现协同，利于改善焊接效果和大大提高焊接效率。

技术领域

本发明涉及纳米多孔材料制作的技术领域，具体涉及多孔三维金属的纳米焊接制备领域。

背景技术

三维多孔金属如三维纳米多孔金，因独特的大比表面积、高电导率、等离激元共振特性、电化学活性和生物相容性等性质而备受研究者们的关注，并且纳米多孔金已在能量存储、表面增强拉曼散射、催化、生化传感等众多领域得到应用。

制备纳米多孔金的现有方法主要包括脱合金法、模板法和电化学阳极氧化法三种。其中，应用较多的是脱合金法和模板法，但这两种制备方法在制备纳米多孔金过程中存在高能耗、资源浪费、腐蚀性介质的使用以及牺牲成分的残留(影响制得的纳米多孔金的纯度)等问题，因此脱合金法和模板法仍不是特别理想的制备纳米多孔金的方法。目前报道的电化学阳极氧化法虽然能快速制得纳米多孔金，但其仍存在溶解金源的浪费、制得的纳米多孔金无法轻易转移到不同基底上、以及可制得的纳米多孔金的尺寸受原始金电极的尺寸限制等问题。

由于纳米材料合成技术的不断发展，各种特殊结构的金纳米材料都能轻易制得。这就为以金纳米材料作为基础构建单元制备高纯度的纳米多孔金提供了有利支撑条件。尽管目前已有研究者通过pH诱导Au纳米颗粒的线性聚集制得纳米多孔金超结构(如海绵)、卤素离子诱导Au纳米颗粒的三维聚集、盐酸和热活化-光照诱导Au纳米颗粒的界面二维组装，以及巯基聚乙二醇和水热处理诱导Au纳米颗粒的三维自组装等方法制备纳米多孔金，但在一定程度上来说这些制备方法的通用性较差，因为它们需要严格控制制备过程中的操作条件，并且制得的纳米多孔结构的可调性不强。

发明内容

针对三维多孔金属纳米焊接制备技术容易出现过焊、刻蚀以及效率不高等问题，本发明的第一目的在于提供一种通过卤素离子辅助高效电化学纳米焊接制备三维纳米多孔金属的方法，旨在提供一种全新的多孔金属纳米焊接思路，并改善制备效果和效率。

本发明第二目的在于，提供所述的卤素离子辅助高效电化学纳米焊接方法制得的三维纳米多孔金属。

本发明第三目的在于，提供所述的卤素离子辅助高效电化学纳米焊接方法制得的三维纳米多孔金属在制备光学、电学、电化学、传感中的至少一种器件中的应用。

通过直流电强化的三维多孔金属的纳米焊接工艺容易出现局部或整体的过焊和结构坍塌等问题，针对该问题，本发明提供了以下的改进方案：

一种卤素离子辅助电化学纳米焊接制备三维纳米多孔金属的方法，将待焊接的三维前驱体在含有卤素离子的电解液中进行循环伏安法电化学纳米焊接，制得三维纳米多孔金属；

所述的三维前驱体由金属颗粒相互堆叠而成，且金属颗粒之间存在待焊接的纳米间隙。

本发明研究发现，采用循环伏安法进行电化学纳米焊接，配合卤素离子的强化作用，能够实现协同，能够改善纳米焊接的效率和效果。

本发明中，所述的三维前驱体为两层及以上的单层金属层依次堆叠形成的多层金属复合膜(多层金属复合层)。

本发明中，所述的多层金属复合膜可基于现有的手段制备。例如，可采用逐层复合方法构建所述的多层金属复合膜。

本发明优选的多层金属复合膜制备步骤为：

在基底表面进行N次金属纳米颗粒薄膜(金属层)的逐层复合，形成N层金属纳米颗粒薄膜依次复合的多层复合前驱体；其中，第二次～第N次复合前，预先对上一次的金属纳米颗粒薄膜表面进行自然干燥以及等离子体处理。