适用于ters研究的金针尖的电化学方法制备和研究

合集下载

巯基乙酸自组装膜修饰金电极的制备与电化学表征

巯基乙酸自组装膜修饰金电极的制备与电化学表征

巯基乙酸自组装膜修饰金电极的制
备与电化学表征
巯基乙酸自组装膜修饰金电极的制备与电化学表征,是将巯基乙酸通过自组装的方法,以其分子间相互作用形成一层结构稳定的膜,直接分子层覆盖在金电极上。

1. 巯基乙酸膜的制备:将巯基乙酸溶液加入溶液管内,同时加入足量的甲醇(或乙醇),在室温条件下,对该溶液进行搅拌,使巯基乙酸发生氧化还原反应而形成膜。

2. 金电极修饰:将金电极放入带有巯基乙酸自组装膜的溶液中,在室温下,搅拌半小时,使膜牢固的覆盖在金电极上,形成巯基乙酸修饰的金电极。

3. 电化学表征:将修饰好的金电极放入电池槽中,添加高纯度的磷酸盐缓冲液,在0.5V-1.0V之间扫描,观察电极表面的电化学活性表现出来的开峰电流,以评估电极的性能。

纳米多孔金的制备及其在电化学检测中的应用

纳米多孔金的制备及其在电化学检测中的应用

2016年11月纳米多孔金的制备及其在电化学检测中的应用卢璐(齐鲁工业大学食品科学与工程学院,山东济南250353)摘要:纳米多孔金具有大的比表面积、良好的导电性和较大的储存容量等特点,受到了研究者的广泛关注。

一方面介绍了制备纳米多孔金的模板法、去合金法和电化学法,分析和比较了三种制备方法的优势和缺点,另一方面介绍了纳米多孔金在电分析和光分析领域的应用,指出了纳米多孔金的发展趋势。

关键词:纳米多孔金;制备;电化学检测作为一类特殊的纳米材料,纳米多孔金在材料科学中发展十分迅速。

与机械性能较弱的金纳米粒子不同,纳米多孔金是微观由双连续的纳米级孔道和隙带构成的三维结构。

它的孔径介于0.1到100nm,具有高的比表面积。

作为纳米多孔金属的典型代表,纳米多孔金的导电性能好、机械强度高、延展性好,受到科研工作者越来越多的关注。

纳米多孔金还具备一般纳米材料的特点,包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等,又兼具多孔材料的孔道和隙带结构,在电化学催化和分析、燃料电池、生物传感器、超级电容器等领域有广泛应用。

因此纳米多孔金的制备和应用成为研究重点。

在上述的诸多应用领域中,电化学生物分析是一个重要方面,包括生物分子检测、电化学生物传感器的构建等。

本文介绍了纳米多孔金三种重要的制备方法,对比了不同方法的优劣,并介绍了其在电化学检测小分子方面的应用。

1纳米多孔金的制备方法1.1模板法模板法是以一种纳米多孔材料为模板,通过反向复制模板的结构,再利用物理或化学方法除去模板,从而制备纳米多孔金的方法。

在模板法中,模板的选择和制备决定了纳米多孔金的结构和性能。

常用的模板分为天然模板和人造模板两类。

天然模板主要是生物模板,有海胆骨骼、蛋白石等。

以海胆骨骼最为典型,它是以CaCO3为主要成分的多孔泡沫材料,可以得到双连续的多孔海绵结构。

随着科学技术的发展,人造模板得到青睐。

人造模板有多孔阳极氧化铝(AAO)、胶体硅和聚苯乙烯胶态晶体等。

米托蒽醌在金电极上的电化学研究及其应用

米托蒽醌在金电极上的电化学研究及其应用

米托蒽醌在金电极上的电化学研究及其应用武五爱;尹志芬;尉景瑞;郭满栋【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2008(36)12【摘要】米托蒽醌(MTX)在0.2 moL/L B-R缓冲溶液(pH=1.5)中循环伏安扫描时,在金电极上会产生一个灵敏的氧化峰P,(峰电位为1.087 V)和两个灵敏的还原峰P,(峰电位为0.817 V)、P3(峰电位为0.764 V).P1峰电流值与MTX浓度在1.0×10-9~1.0×10-6 mol/L 范围内呈良好的线性关系;其检出限可达5.6×10-10 moL/L.本研究优化了测定米托蒽醌的最佳实验条件,建立了可灵敏测定米托葸醌的新方法;同时对米托蒽醌在金电极上的电化学行为进行了较为详细的研究.【总页数】4页(P1721-1724)【作者】武五爱;尹志芬;尉景瑞;郭满栋【作者单位】山西师范大学化学系,临汾,041004;山西师范大学化学系,临汾,041004;山西师范大学化学系,临汾,041004;山西师范大学化学系,临汾,041004【正文语种】中文【中图分类】O65【相关文献】1.对氨基苯酚在L-半胱氨酸修饰金电极上的电化学行为及其在分析中的应用 [J], 宋远志2.电镀铂/金的金电极上As(Ⅲ)电化学行为的电化学石英晶体微天平研究 [J], 黄素清;黄钊;谷铁安;谢青季;姚守拙3.镍离子注入修饰电极上米托蒽醌与DNA相互作用的电化学研究 [J], 胡劲波;尚军;李启隆4.在Co^(2+)注入修饰电极上米托蒽醌的电化学行为及其应用 [J], 胡劲波;李启隆5.电化学石英晶体阻抗系统研究金电极上Fe(CN)_6^(3-)/Fe(CN)_6^(4-)电化学过程 [J], 谢青季;王进;徐治年;刘宏伟;张友玉;姚守拙因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

电化学法制备金属纳米粒子的优化工艺

电化学法制备金属纳米粒子的优化工艺

电化学法制备金属纳米粒子的优化工艺电化学法是一种利用电化学反应制备金属纳米粒子的方法,可以在溶液中通过控制电流和电压来控制纳米粒子的尺寸、形状以及分散度。

这种方法在纳米技术领域具有广泛的应用前景,因此对电化学法制备金属纳米粒子的优化工艺进行研究具有重要意义。

首先,要优化电化学法制备金属纳米粒子的工艺,需要选择合适的电极材料。

电极是电化学法中的关键部分,其性能直接影响到纳米粒子的质量和产率。

常见的电极材料包括铂、金、银等金属,以及石墨、碳纳米管等非金属。

选择合适的电极材料取决于金属纳米粒子的制备要求,如如果需要制备具有高电化学活性的金属纳米粒子,可以选择铂、金等具有良好电化学性能的金属作为电极材料。

其次,优化电化学法制备金属纳米粒子的工艺还需要调节溶液成分。

溶液成分的调节可以通过改变金属盐的浓度、溶剂的种类以及添加还原剂等途径实现。

一般来说,较高浓度的金属盐可以促进金属纳米粒子的形成,但过高的浓度也可能导致粒子聚集或生成其他形态的金属颗粒。

此外,选择合适的溶剂可以提高金属盐的溶解度,从而增加纳米粒子的生成效率。

添加还原剂可以促进电化学还原反应的进行,加快金属纳米粒子的生长速度。

另外,优化电化学法制备金属纳米粒子的工艺还需要调节电流和电压。

电流和电压是控制金属纳米粒子尺寸和形状的重要参数。

一般来说,较高的电流和电压可以促进金属纳米粒子的生长速度,但过高的电流和电压也可能导致粒子的过度生长和聚集。

因此,在电化学法中,需要合理选择电流和电压的数值,并进行适当的调节,以获得所需的纳米粒子尺寸和形状。

除了上述因素外,优化电化学法制备金属纳米粒子的工艺还需要考虑其他影响因素,如温度、搅拌速度等。

温度的控制可以影响溶液中物质的扩散速率和反应速率,从而对金属纳米粒子的尺寸和分散度产生影响。

搅拌速度可以影响溶液的对流速度和扩散速率,从而对金属纳米粒子的形成和生长起到调控作用。

总之,通过调节电极材料、溶液成分、电流、电压以及其他影响因素,可以优化电化学法制备金属纳米粒子的工艺,达到纳米粒子的精确控制和高效制备。

金纳米粒子的电化学性质

金纳米粒子的电化学性质

稳定的深酒红色
放入冰箱备用
阜阳师院
如图,制 备出的40 纳米金粒子 为酒红色, 呈溶胶状
阜阳师院
金纳米粒子的电化学性质检验 金纳米粒子在电化学上有着很有价值的 地位,它可以修饰电极,增强电极的导 电性 用L-半胱氨酸浸泡金电极后,用循环伏 安法扫描,发现电极的导电性大大降低, 再用制得的金纳米粒子修饰电极,电极 的导电性又增强。这充分体现了金纳米 粒子良好的导电性。
阜阳师院
实验测试
峰电位差缩小为162.7mV。 ,金纳米粒子 有良好的导电性,它可以使原本导电性差的 阜阳师院 电极导电性增强
总结
金纳米粒子有良好的导电性 能,所以可以使原本导电性 差的电极导电性增强。利用 这一性能,可以制作一系列 的修饰电极,并且用于制作 生物传感器领域
阜阳师院
阜阳师院
实验原理
通过控制柠檬酸钠和氯金酸的比例, 可以制得不同粒径的金纳米粒子。
实验中,柠檬酸钠既是还原剂又是 稳定剂。
阜阳师院
实验步骤13nm金溶胶的制备
0.1g/L的HAuCl4溶液 50ml
100ml的三孔圆底烧瓶
加热搅拌至沸腾
加0.5ml新制0.1g/L 的Na3C6H5O7溶液 加热10min 浅黄色变为棕褐红红
选题背景—金纳米粒子
独特的电化学性质 良好的化学稳定性
在纳米电子学、催化、传感器、生物标记 等诸多领域都具有广阔的应用前景。
阜阳师院
1.2金纳米粒子的制备方法
经典方法--
frens法
金纳米粒子的制备方法主要 有物理法和化学法。 frens法利用柠檬酸钠做还原 剂,可以制备10nm以上的金 溶胶。
阜阳师院
实验部分
将电极放入事先配制好的 1mM/LK3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN) 6].3H2O+50mM/L KCl溶液中,接 好电极做循环伏安扫描得到 K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN6] 在裸金电极上的循环伏安特性曲 线。

交流电腐蚀方法制备STM探针

交流电腐蚀方法制备STM探针

交流电腐蚀方法制备STM探针朱阁悠;臧侃【摘要】采用交流电化学腐蚀法来制备扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)所需要的钨(W)材料针尖,代替了传统的直流断落法,首先细致研究了电压、浸入深度、频率、反相电压、溶液浓度等参数对探针制备成功率的影响,其次根据实验结果确定了最佳参数值,在显微镜下观察了W针尖的形成过程,并且对实验制备的针尖进行优化处理,W针尖在STM下扫描Si(111)-7×7重构表面获得了原子分辨图像,该方法为针尖的制备提供了一条新的思路.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】6页(P76-81)【关键词】交流电化学腐蚀法;W针尖;扫描隧道显微镜【作者】朱阁悠;臧侃【作者单位】大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028;大连交通大学机械工程学院,辽宁大连 116028【正文语种】中文0 引言扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)是一种高分辨率的表面研究仪器,人们通过STM第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,随着表面科学的发展,STM成为凝聚态和表面物理实验室必备的研究工具[1].其中STM探针直接扫描样品表面,探针材料的物理和化学特性影响被测样品的电子态[2],探针针尖(tip)的尺寸,形状,以及物理和化学特性关系到扫描图像和数据的准确性,对STM至关重要.通常当针尖最尖端只有一个稳定的原子时,才能获得稳定的隧道电流,使得STM达到原子级分辨率[3].制作STM探针的方法很多,常见的如电化学腐蚀、研磨、抛光、机械剪切、光学蚀刻方式与受控爆裂、阴极溅射、离子铣削、火焰磨削、蚀刻沉积方式等[4].其中最方便和经济的是基于电化学腐蚀理论发展来的电化学腐蚀法,最初由Muller在1937年为制作场发射显微镜针尖而提出电化学方法来腐蚀针尖,电化学腐蚀法可以细分为交流(AC)和直流(DC)腐蚀.鉴于目前广泛使用直流电化学腐蚀方法来制备W探针,本文探究使用交流电化学腐蚀方法来制备W探针,以寻求更简单和稳定的方法制备STM探针,同时提高针尖的成品率.1 钨针尖制作的实验研究1.1 实验装置及步骤实验中采用直径为0.3 mm的多晶钨丝(纯度为99.99%),2 mol/L的KOH溶液(电解液),进行交流电化学腐蚀W针尖的制作,图1是针尖腐蚀装置示意图.图1 针尖腐蚀装置示意图钨丝固定在夹具上,尽量保持钨丝与电解液液面垂直,只有钨丝偏离竖直方向的角度<1°时,腐蚀后得到的钨针尖的曲率半径才最小.实验时将配置好的KOH溶液倒入反应器皿中,调节钨丝高度,使得钨丝浸入溶液,设置交流电源的波形,电压和频率,然后闭合开关,并用秒表记录腐蚀时间,直至钨丝脱离液面时反应结束,切断电源.钨丝经过电化学腐蚀方法制备出针尖后,先用去离子水对针尖进行简单清洗,再置于显微镜下观察并拍下轮廓清晰的针尖图片,同时利用imagej软件[5]处理针尖图片,对图像进行边缘提取,测量针尖的长度,其测量精度达0.001 mm,最后对制备的高质量针尖优化处理,应用于STM中.1.2 电化学腐蚀原理本文采用交流电腐蚀方法,钨丝表面交替发生阳极和阴极的反应,反应过程中的化学反应式如下:正相电时:W作阳极:SRP=-2.48VC作阴极: 6H2O+6e-→3H2↑+6OH-SOP=+1.05V总反应:E=1.43V反相电时:W作阴极: 4H2O+4e-→2H2↑+4OH-C作阳极: 4OH-→2H2O+O2↑+4e-总反应:2H2O→2H2↑+O2↑E=1.23 V正相电时钨丝被腐蚀,此时总反应的化学电动势E为1.43 V,即发生腐蚀的最低电压,该数值与作者在用交流电制备钨针尖实验中测得的最小反应电压1.5 V 一致.1.3 微观过程交流电化学腐蚀方法制备STM探针的微观过程如图2所示.图2 W针尖腐蚀的微观化学过程钨探针的腐蚀原理如图2所示,钨丝刚浸入电解液时,由于溶液的表面张力,腐蚀液在钨丝和空气的界面处会形成一个月牙形的弯液面.正相电时钨丝不断被腐蚀,钨丝表面产生离子;反相电时排斥钨丝表面的离子,同时反应产生了氢气,气泡顺着钨丝向上流动,气泡上升,会在钨丝表面形成一层较厚的保护层.钨针尖的形成过程主要分为两方面,一方面气泡减少了钨丝与OH-的接触,但气泡向上运动使得钨丝下部最顶端没有被气泡层覆盖,一直暴露在新鲜的OH-溶液中,使得钨丝下部顶端的反应速度最快,形成尖端,但此时的针尖形状并不是双曲型或抛物型,而且针尖长度很长.另一方面,反应开始前溶液中OH-离子分布均匀,由于反应消耗OH-,溶液中的OH-向浓度低的弯液面区域扩散,水平液面到弯液面上端会形成一个OH-浓度逐渐减少的梯度,相应的反应速率也逐渐减少,最终钨丝在脱离液面时顶端形成锥形针尖.2 结果和讨论2.1 腐蚀电压对针尖的影响为了探究交流电压对针尖的影响,从钨丝发生电化学反应的最小电压开始做实验,实验采用正弦交流电源,频率50 Hz,电解液为2 mol/L的KOH溶液,钨丝浸入深度为1 mm,在不同电压下制备了大量的针尖,下图3为不同电压下制备的针尖,图中电压标示的是交流电源的正反相峰值电压.图3 针尖外形随腐蚀电压的变化通常情况下电解池的电流与电势的关系曲线并不呈线性关系,只有施加在两个电极上的电势差超过分解电势ED后,溶液电阻才迅速下降至一个相对稳定值,而且实验采用交流电流技术能够消除电解液中的非欧姆电阻特性,负载两端电压大于电化学反应的最小电压1.43 V,此时的电流随电压的增大而增加,腐蚀速度与电流大小直接相关,电流越大,钨丝腐蚀的越快,图4中的腐蚀时间随电压的增大而减少证明了这一点.经过对比不同电压下制备的针尖外形(图3)发现,电压越大,制备的W针尖越尖锐,当电压大于7 V时,电压对W针尖的尖锐性影响并不大,但图4中显示针尖的长度呈上升的趋势,针尖长度过长极易对探针稳定性造成不良影响,电压在6~8 V范围内,针尖长度变化相对较平稳,而且随着电压的增大,腐蚀时间呈下降的趋势.因此在其他条件都一定的情况下,电压设为7 V时为最佳电压值,此时的针尖长达0.495 mm.图4 针尖长度和腐蚀时间随腐蚀电压的变化2.2 钨丝浸入溶液的深度对针尖的影响在其他参数一定的情况下,增加钨丝浸入溶液中的深度,钨丝在溶液中的接触面积增大,使得钨丝在溶液中的接触电阻变小,腐蚀电流增大,实验腐蚀速度增大.不同浸入深度时实验结果如图5.图5 针尖外形随浸入深度的变化实际做实验时,我们从未在电解池底部发现过断裂的W金属丝(即使浸入溶液的W丝长达1.5 mm,也未发现断裂现象),钨丝从下至上一点点呈锥形腐蚀.浸入深度越大腐蚀时间越长(如图6),同时浸入深度越大,溶液中的接触电阻越小,由于负载两端电压值一定,电路中的电流就会越大,腐蚀速度加快,钨丝周围产生的气泡量增多,抬高弯液面,导致针尖长度增加.图6 针尖长度和腐蚀时间随浸入深度的变化从图5中发现针尖浸入深度很小时,针尖很钝(图5中浸入深度为0.1 mm时的针尖),主要原因是钨丝在腐蚀过程中是呈锥形腐蚀的,浸入深度较小时,针尖腐蚀的时间短,导致溶液中的钨丝腐蚀结束时制备的针尖较钝,甚至无尖端.图5、6显示,随着钨丝浸入溶液的深度越大,针尖越尖锐,但针尖长度和腐蚀时间也越长.图6显示在浸入深度为0.7 mm时实验做出的W针尖长度有突变,迅速增大后稳定在较小的范围内,考虑到针尖过长,其稳定性不好,而且钨丝顶端是一点点的腐蚀,浸入深度过大也只会浪费腐蚀时间,结合浸入深度为0.4~0.6 mm时制备的针尖尖锐程度(观察图5),在其他影响条件都一定的情况下,浸入深度为0.5 mm时为最佳浸入深度.2.3 交流电频率对针尖的影响本实验采用交流电制备W针尖,频率是不可忽略的参数,实验频率由低频调到高频,这里选取变化较明显的结果曲线图.实验结果表明,频率在0~10 kHz内W针尖长度较小,而且制得的针尖较尖锐,但在高频10kHz以后腐蚀时,制备的针尖长度明显变小(如图7),在显微镜下观察针尖外形时发现此时的针尖较钝,不能满足STM要求;实验中频率在0~30kHz内腐蚀W针尖的腐蚀时间短而且变化小,但图7显示在高频30 kHz以后W针尖的腐蚀时间开始显著增多,有时会长达30 min.高频下制备的针尖钝且腐蚀时间长,因此应选用低频交流电,50Hz是我国的交流电频率,所以使用50 Hz交流电比较方便,实验中选用频率50Hz参数最佳.图7 针尖长度和腐蚀时间随频率的变化曲线对比文献[6]中交流法制备铂铱针尖时频率影响,实验制备铂-铱针尖的时间一般为60 min左右,降低频率时腐蚀时间会明显减少,有时会减少至30 min左右,频率对其影响大,然而50 Hz时制备W针尖的腐蚀时间为5 min左右,腐蚀时间短,低频对其影响并不明显,只在高频时影响较明显(如图8).作者认为造成这种差异的主要原因是W和Pt-Ir材料的化学特性不同.频率主要影响有效腐蚀时间,实验中交流频率越低,使得有效腐蚀时间越长.Pt-Ir材料化学性质稳定,不易腐蚀,一般腐蚀时间长,有效腐蚀时间对其影响大;与Pt-Ir相比,W化学性质活泼,腐蚀反应剧烈,整体腐蚀反应时间短,以至于频率对其影响较小.图8 针尖外形随反相电压的变化2.4 反相电压对针尖的影响钨丝做阴极时溶液中发生电解水反应,钨丝周围产生了H2气泡,不同电压下钨丝周围反应产生的气泡数量不同,因此对交流电的反相电压进行设定,讨论反相电压(图8中标示的是反相峰值电压)对腐蚀针尖的影响.实验结果如下:从图8中发现,当反相电压为-1 V时实验做出的W针尖很钝,甚至无尖端,此时反相电压并未达到电解水的最小反应电压1.23 V,因此未发生电解水反应,事实上实验过程中也没有发现气泡,与直流法制备针尖的不同之处是交流法反相电压为-1 V时会排斥使得溶液中的钨丝腐蚀速度几乎相同,未出现明显腐蚀最快的部位,不能形成尖端,弯液面附近对钨丝不同的腐蚀速率只决定了钨丝尖端形状,导致此时实验制备的针尖很钝.从图9中发现,当反相电压大于电解水的最小反应电压1.23 V后,反相电压值越大,尖端长度增大,对比不同电压实验中钨丝周围产生的气泡量由少变多,反应更剧烈,但图8显示当反相电压设为-4 V时钨丝尖端是最尖锐的,而且图9显示当反相电压大于1.23 V后,腐蚀时间变化范围较小.因此,反相电压参数选取-4 V为最佳参数.图9 针尖长度和腐蚀时间随反相电压的变化曲线2.5 溶液浓度对针尖质量的影响电解液浓度大小直接影响化学反应活性,作者在不同浓度电解液下制备了大量针尖,实验结果如图10.随着电解质溶液浓度的增加,离子间距离变小,增大了离子间的静电作用,使得KOH溶液的电导率随浓度的增加而缓慢增加[7],高浓度的电解液加速了钨丝的腐蚀,但是此时腐蚀反应过于剧烈,并且能够观察到气泡量明显增加,导致腐蚀出的针尖长度较长,低浓度下产生的气泡相对少,而且腐蚀速率也低,腐蚀W针尖更细致.实验结果表明,电解液浓度为0.5mol/L时制备的针尖长度仅0.201 mm,很接近理论的弯液面高度0.2 mm[1],针尖很尖锐.但浓度低时腐蚀速度变低,也稍微增加了腐蚀时间,不过腐蚀时间并不长,因此选用浓度为0.5 mol/l的KOH溶液最佳.图10 针尖长度随溶液浓度的变化最后需要说明是,最终得到的实验最佳条件是在以上影响因素有顺序的做大量实验的基础上得到的.2.6 针尖的形成过程以上实验探究了几个重要参数对针尖质量的影响,作者通过大量实验得到了一组制备尖锐针尖的最佳实验参数,即实验采用正弦交流电,正相电压设为7 V,反相电压设为-4 V,频率为50 Hz,针尖浸入深度为0.5 mm,电解液浓度为0.5 mol/L.作者在此实验参数下制备针尖,观测了一个高质量针尖的形成过程,如图11所示. 图11为腐蚀过程中每隔1 min获得的针尖形貌图(图中所示针尖并非同一针尖).图11显示随着腐蚀反应的进行,下端钨丝逐渐变细,但各个部位的反应速率不同,可以简单概括为,首先是钨丝最顶端腐蚀最快,其次是浸入溶液中的钨丝周围腐蚀较快,最后是弯液面部位的钨丝腐蚀最慢.反应最快的部位处于钨丝的顶端,然而除了顶端,溶液中的钨丝腐蚀速率几乎相同,验证了前面论述的微观过程的理论分析,钨丝各部位不同的腐蚀速率才形成了针尖,需要注意的是,弯液面确定了最终的针尖形状(图11中的针尖6所示),当针尖脱离液面时,此时的针尖应该是最尖锐的.通过观察交流法制备W针尖的过程,发现交流法最终能够成功制备出尖锐的针尖,然而是否能证明交流方法的进步性,还需要与直流法制备的W针尖进行对比,图12显示了交流法和直流法制备的W针尖对比.很明显直流法制备的针尖更尖锐,然而其长度相对较长,而且针尖表面粗糙;交流法制备的针尖形状对称度高,短而尖锐,腐蚀过程中其针尖表面受到气泡的打磨,表面光滑,而且实验装置简单.图11 腐蚀过程中的针尖形貌变化图12 交流法与直流法制备W针尖对比图3 针尖的优化与应用电化学蚀刻主要控制了针尖形状,而针尖的清洁过程决定了最终尖端的性能.考虑到电化学蚀刻钨丝过程中钨丝暴露于外界环境中,该方法制备的针尖不可避免的会被残留的KOH、有机污染和氧化层等污染物覆盖,因此,作者分两步进行清洗,首先选用弱酸性的溶液对尖端进行清洗,去除KOH残留物和表面的氧化物,之后使用热的去离子水和丙酮清洗,去除W尖端的弱酸溶液和有机污染残留.其次,作者采用加热退火的方法,进一步去除表面氧化物(主要以WO3的形式存在[8]),同时也锐化了针尖.经过这两步的清洗,极大的提高了针尖的成功率.电化学蚀刻制备的W针尖经过上述的优化处理之后,将其安装在STM中进行测试,图13所示为W针尖扫描Si(111)-7×7重构表面的原子分辨图像.其中图13(a)为Si(111)-7×7表面空态(unfilled-state)原子分辨STM像(9 nm×9nm),扫描偏压1.2 V,电流1.0 nA;图13(b)为Si(111)-7×7表面占据态(filled-state)原子分辨STM像(9 nm×9 nm),扫描偏压-1.0 V,电流1.0 nA.图13说明了交流电化学腐蚀方法制备的W针尖完全能够满足STM原子分辨率的要求.图13 W针尖扫描Si(111)-7×7重构表面的原子分辨图像4 结论本文采用交流电化学蚀刻方法制备STM所需要的W探针,与直流腐蚀法相比,交流腐蚀方法更简单易于操作,而且制备的针尖形状更好,表面更光滑.文中分析了腐蚀电压,频率,浸入深度,溶液浓度等参数对制备针尖的影响,在大量实验的基础之上确定了最佳的实验参数,并在此参数下制备出高质量针尖,利用制备的针尖在STM下扫描Si(111)-7×7重构表面获得了原子级分辨图像,说明本文制备的针尖是完全满足使用要求的.该研究也为交流电化学腐蚀方法制备铂-铱探针提供了参考依据.参考文献:【相关文献】[1]臧侃, 侯宾宾, 孙雨雪,等. 一种新型扫描隧道显微镜针尖腐蚀仪的设计[J]. 电子显微学报,2015(2):111-120.[2]赵振, 周海月, 郭祥,等. 扫描隧道显微镜探针的制备与修饰的方法研究[J]. 贵州大学学报(自然科学版), 2015, 32(4):46-50.[3]钟青. 硼烯的分子束外延生长及扫描隧道显微镜研究[D]. 北京: 中国科学院物理研究所, 2017.[4]丁万, 周勋, 王一,等. 电化学液膜法腐蚀制备STM探针及其扫描应用[J]. 贵州科学, 2016(4):70-73.[5]蒋丽琼, 何小寒, 刘桂琴,等. 利用ImageJ软件测量眼眶脂肪体积[J]. 中国CT和MRI杂志, 2016, 14(3):11-13.[6]MEZA J A M, POLESEL-MARIS J, LUBIN C, et al. Reverse electrochemical etching method for fabricating ultra-sharp platinum/iridium tips for combined scanning tunneling microscope/atomic force microscope based on a quartz tuning fork[J]. Current Applied Physics, 2015, 15(9):1015-1021.[7]殷兆迁. 电导率在偏钒酸铵制备过程中的研究[J]. 化学研究与应用, 2014(5):753-756.[8]HAGEDORN T, EL O M, PAUL W, et al. Refined tip preparation by electrochemical etching and ultrahigh vacuum treatment to obtain atomically sharp tips for scanning tunneling microscope and atomic force microscope[J]. Review of Scientific Instruments, 2011, 82(11):113903.。

针尖增强拉曼光谱

针尖增强拉曼光谱

针尖增强拉曼光谱
针尖增强拉曼光谱(TERS)是一种将扫描探针技术(SPM)和增强拉曼谱学相结合的技术。

它具有SPM的空间分辨本领和拉曼光谱
的指纹识别能力,同时针尖增强拉曼光谱的灵敏度极高,可以极大地提高拉曼散射的强度。

在TERS中,激光被耦合到功能化的针尖尖端上,针尖增强拉曼
光谱系统采用一枚金属化的针尖(通常是镀金或镀银的针尖),把入射激光聚集到针尖的尖端。

针尖不仅充当纳米源头,而且还起到局域磁场增强的作用,极大地提高了拉曼的灵敏度,增强因子可以达到103-107倍,而探测的体积则仅限于针尖下“纳米”范围内。

两台仪器的光路以共焦的形式藕合在一起,这种光学耦合有透射或反射两种不同的配置。

透射型配置可以使用高数值孔径(NA)的
物镜,包括油镜,激发光在焦点处可达到很高的功率密度,从而可以收集到很强的信号,但是透射型配置只适用于透明的样品。

反射型配置则无须考虑样品透明还是不透明,但是只能使用较小数值孔径(NA)的物镜。

通过逐点扫描和同步光谱采集的结合,可以实现近场拉曼成像,其横向分辨率优于10 nm。

TERS是一种强大的工具,可以在原子尺度上研究光子、声子、电子、等离激元相互作用,表征物质结构与纳米光学性质。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

适用于ters研究的金针尖的电化学方法制
备和研究
The preparation and study of gold nanotips for terahertz
spectroscopy research involves various electrochemical
methods. Electrochemical techniques play a crucial role in
fabricating gold nanotips due to their simplicity,
reproducibility, and control over the morphology of the
resulting structures.

金针尖在太赫兹光谱研究中的制备和研究涉及到各种电化学方法。
由于电化学技术具有简单、可重复性和对所得结构形态的控制等优
势,它在制备金针尖方面扮演着至关重要的角色。

One commonly used method for preparing gold nanotips is
electrodeposition. This technique involves applying an
electrical potential between two electrodes immersed in an
electrolyte solution, causing the deposition of gold atoms
onto a substrate surface. By controlling parameters such as
deposition time, current density, and temperature,
researchers can obtain gold nanotips with desired
dimensions and shapes.
其中一种常用的金针尖制备方法是电沉积法。该方法涉及将两个电
极浸入电解质溶液中,并施加电位,导致金原子沉积在基底表面上。
通过控制沉积时间、电流密度和温度等参数,研究人员可以获得具
有所需尺寸和形状的金针尖。

Another electrochemical approach for preparing gold
nanotips is electroless plating. In this method, a reducing
agent is used to catalytically reduce metal ions to form a
metallic layer on the substrate surface. By carefully
controlling the reaction conditions, such as pH,
temperature, and concentration of reducing agent,
researchers can obtain well-defined gold nanotips with
controlled dimensions.

另一种用于金针尖制备的电化学方法是无电源镀金法。在该方法中,
使用还原剂催化性地将金属离子还原,形成基底表面上的金属层。
通过精确控制反应条件,如pH值、温度和还原剂浓度等,研究人员
可以获得具有可控尺寸的明确定义的金针尖。

After the preparation of gold nanotips, various
electrochemical characterization techniques can be employed
to study their properties. For instance, cyclic voltammetry
allows researchers to investigate the redox behavior of the
gold nanotips by measuring the current response under
different applied potentials. This can provide insights
into their electrochemical stability and reactivity.

在金针尖制备后,可以利用各种电化学表征技术来研究其性质。例
如,循环伏安法允许研究人员通过测量在不同施加电位下的电流响
应来调查金针尖的氧化还原行为。这可以提供关于其电化学稳定性
和反应性的见解。

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is another
useful technique that can be used to analyze the charge
transfer processes occurring at the interface between the
gold nanotip and electrolyte solution. By measuring the
impedance at different frequencies, researchers can extract
information about the interfacial properties, such as
charge transfer resistance and double-layer capacitance.

电化学阻抗谱(EIS)是另一种有用的技术,可用于分析金针尖和电
解质溶液之间界面上发生的电荷转移过程。通过在不同频率下测量
阻抗,研究人员可以提取有关界面特性(如电荷转移电阻和双层电
容)的信息。
In summary, various electrochemical methods can be employed
for the preparation and study of gold nanotips used in
terahertz spectroscopy research. Electrodeposition and
electroless plating are commonly used techniques for
fabricating gold nanotips with controlled dimensions.
Furthermore, cyclic voltammetry and electrochemical
impedance spectroscopy provide insights into their
electrochemical behavior and interfacial properties.

在太赫兹光谱研究中使用金针尖的制备和研究可以采用各种电化学
方法。电沉积和无电源镀金是制备具有可控尺寸的金针尖常用的技
术。循环伏安法和电化学阻抗谱给出了关于其电化学行为和界面特
性的见解。

相关文档
最新文档