Dialectische observatie van controleerbare elektrodeposited Ni Nanocones:de eenwording van lokale stoornis en algehele orde

Abstract

Dichte en geordende Ni-nanocones met regelmatige spiraalstructuren waren met succes gesynthetiseerd via een eenvoudig en goedkoop elektrodepositieproces in de oplossing die natriumchloride (NaCl), nikkelchloride-hexahydraat (NiCl₂ bevatte) ·6H₂ O), en boorzuur (H₃ BO₃ ). Na analyse van de microstructuur werd een meer geoptimaliseerd mogelijk groeimechanisme van Ni nanocones voorgesteld, waarbij het groeiproces werd opgedeeld in lokale en globale aspecten, genaamd multidimensionaal groeimechanisme van globale orde en lokale wanorde. In een gebied dat klein genoeg is, zouden subtiele toestandsveranderingen een verstoring van de Ni-atoomrangschikking veroorzaken, waardoor de lokale microstructuur ongeordend leek, maar vanuit een macroperspectief was het verschil tussen twee aangrenzende aandoeningen veroorzaakt door verschillende statussen te klein om goed weer te geven, alleen wanneer het verschil in toestand groot genoeg was, kan de verandering in het macroscopische uiterlijk worden waargenomen, dus het globale was ordelijk. Ondertussen ontdekten we dat de microstructuur van Ni-nanocones zou worden gecontroleerd in de elektrodepositie-oplossing door de experimentparameters aan te passen, zoals de concentratie van NaCl, NiCl₂ ·6H₂ O, en H₃ BO₃ , die indirect de microstructuur voor een groot deel bepaalden via het regelen van de vorming van tussenproducten en de pH.

Inleiding

Nanogestructureerde metalen met unieke oppervlakken [1] werden veel gebruikt in een verscheidenheid aan gebieden, zoals oppervlaktemodificatie [2], ultrahydrofobe lagen [3,4,5], supercondensatoren [6], micro-elektronische interconnectie [7], nanosondes [ 8], zonnecellen [9], gassensoren [10, 11], katalysatoren [12,13,14,15,16,17,18,19], mechanische polijstslurries [20], diamantschijven [21], nanoschaal precisie-oppervlakken [22, 23]. Als gevolg hiervan waren er veel voorbereidingstechnieken van nanogestructureerde metaaloppervlakken voorgesteld, waaronder hydrothermische methode [10, 11], sol-gel methode [24], sjabloonmethode [25], chemische dampafzettingsmethode [26], chemische reductiemethode [ 27] en micro-emulsiemethode [28]. Deze traditionele methoden vergden echter veel tijd en geld [2, 29].

Om de tekortkomingen van de hierboven genoemde traditionele bereidingsmethoden te verhelpen, heeft de elektrodepositietechnologie aanzienlijke onderzoeksinteresse gewekt en geweldige ontwikkelingen doorgemaakt. Het zou de beoogde verwachting bereiken, zelfs onder de mildere omstandigheden, want het elektrische veld zou de reactiesnelheid kunnen verhogen [2]. De voorbereiding van elektrolytisch gedeponeerde nanogestructureerde metalen oppervlakken vereiste geen complexe hulpapparatuur, wat de kosten en tijd aanzienlijk verminderde. Daarom was er veel onderzoek gedaan naar de voorbereidingstechnologie en het vormingsmechanisme van nanogestructureerde metaaloppervlaktopografie via elektrodepositie [30].

In de specifieke elektrodepositievoorbereiding van nanogestructureerde metalen oppervlakken, was de meest representatieve methode de kristalmodificatiemethode [31]. De toevoeging van kristalmodificatoren zou de groeirichting van kristallen kunnen beïnvloeden, dus wanneer gereageerd met een elektrodepositieoplossing die een specifieke kristalmodificator bevat, zou het metalen nanogestructureerde oppervlak in een specifieke richting groeien. Daarom kan het gebruik van kristalmodificator gemakkelijk een specifieke, dicht bij elkaar gelegen en regelmatige 3D-nanostructuur op het oppervlak van het metalen substraat verkrijgen [32].

Wanneer een bepaalde hoeveelheid ammoniumchloride (NH₄ Cl), de meest gebruikte kristalmodificator, werd toegevoegd aan Ni-elektrodepositieoplossing, de NH₄ ⁺ zou complexe ionen vormen met Ni²⁺ en ervoor zorgen dat het elektrolytisch afgezette Ni-kristal langs (111) kristalvlak groeit. Daarom, door NH₄ . toe te voegen Cl, het was gemakkelijk om Ni-nanocones die in een specifieke richting op het metalen oppervlak van het substraat groeien elektrolytisch af te zetten en dit fenomeen nauwkeuriger te verklaren volgens het groeimechanisme van schroefdislocatie [33]. Bovendien had nikkel, als een goed ferromagnetisch geleidend metaal, de voordelen van een lage prijs, een breed gebruik en een uitstekende corrosieweerstand [34]. Ni nanocones verkregen door elektrodepositie met oplossing die NH₄ . bevat Cl had belangrijke toepassingen in gasgevoelige sensoren [10, 11], ultrahydrofobe oppervlakken [3,4,5] en katalysatoren [12,13,14,15,16,17,18,19].

In dit werk hebben we NH₄ . vervangen Cl met NaCl als kristalmodificator en bereidde Ni nanocones met succes. Vergeleken met NH₄ Cl, NaCl was niet-toxisch, zachtaardig en stabiel. Daarnaast hebben we de mogelijke specifieke complexe structuur en zijn rol in het proces van elektrodepositie naar voren gebracht door hybride orbitaaltheorie, moleculaire baantheorie en feitelijke karakteriseringsresultaten te combineren. Het groeimechanisme van Ni-nanocones die elektrolytisch zijn afgezet in de oplossing die NaCl bevat, wat nogal verschilt van het gebruikelijke door schroefdislocatie aangedreven kristalgroeimechanisme [35], werd uiteengezet, en de effecten van de elektrodepositietijd en de concentratie van NaCl, NiCl2 , en H₃ BO₃ op de nanostructuur van Ni werden nanocones geanalyseerd. Door de analyse van factoren die worden beïnvloed door de nanostructuur van Ni-nanocones, werd de gecontroleerde preparatie voorlopig gerealiseerd, wat leerzaam zou zijn voor de preparatie van andere speciaal gevormde Ni-nanocones in de toekomst.

Materialen en methoden

Materialen

Alle chemische reagentia waren analytisch zuiver en konden direct voor chemische reacties worden gebruikt. De lengte, breedte en dikte van Ni-tabletten (kathode en anode) die in ons experiment werden gebruikt, waren respectievelijk 70 mm, 25 mm en 0,08 mm. Natriumchloride (NaCl), nikkelchloridehexahydraat (NiCl₂ ·6H₂ O), boorzuur (H₃ BO₃ ), zoutzuur (HCl) en watervrije ethanol (CH₃ CH₂ OH) werden gekocht van ChengDu Chron Chemicals Co., Ltd., China.

Oppervlaktebehandeling en monstervoorbereiding

In een standaardproces werden twee Ni-tabletten (kathode en anode) ultrasoon gereinigd in respectievelijk gedeïoniseerd water en ethanol. De kathode-Ni-tablet werd 30 min. in HCl (25 gew.%, 60 °C) opgeruwd. Vervolgens werden Ni-nanocones elektrolytisch afgezet op de bereide Ni-tabletten (kathode) uit een waterige oplossing die NiCl₂ bevat. ·6H₂ O (200 g/L), NaCl (100 g/L) en H₃ BO₃ (50 g/L). De temperatuur (60 °C), stroomdichtheid (0,1 A) en de elektrodepositietijd (20 min) moeten worden geregeld en een ander Ni-tablet werd gebruikt als anode om Ni-ionen te leveren (Ni²⁺ ). Na de elektrodepositie werd de kathode ultrasoon gereinigd in gedeïoniseerd water en vervolgens ethanol en ten slotte gedurende 30 min in de oven gedroogd. Voor verdere vergelijking werd de elektrodepositietijd geregeld van 5 min tot 50 min, en de concentratie van NaCl, NiCl₂ ·6H₂ O, en H₃ BO₃ werd gewijzigd van respectievelijk 0 naar 167 g/L, 0 naar 400 g/L en 0 naar 50 g/L (tabel 1).

Karakterisering

De beelden van de scanning-elektronenmicroscoop (SEM) en de bijbehorende energiedispersieve spectroscopie (EDS) werden verkregen via FEI Inspect F50 (Thermo Fisher, VS) die werkte bij 20 kV. De röntgendiffractie (XRD) patronen werden gemeten met behulp van een D8-voorschot (BRUKER, Duitsland) röntgendiffractometer met een Cu Kα-straling (λ =1,5406 Å). Het Fourier Transform infraroodspectroscopie (FTIR)-patroon werd gemeten met een Nicolet iS 10 (Thermo Fisher, VS) met een ATR-module.

Resultaten en discussie

Bepaling van tussenproducten

Meestal, wanneer NH₄ Cl werd gebruikt als kristalmodificator, de NH₄ ⁺ zou complexe ionen vormen met de Ni²⁺ tijdens het elektrodepositieproces [36]. Daarom, wanneer NaCl als kristalmodificator werd gebruikt, zou de oplossing complexe ionen kunnen produceren, die het gedrag van elektrodepositie zouden kunnen bevorderen. Figuur 1 toont de XRD-patronen van elektrodepositie-oplossing die respectievelijk werden verwarmd en gedroogd met een alcohollamp (Fig. 1a) en met een oven (60°C) (Fig. 1b), en het FTIR-patroon van elektrodepositie-oplossing (Fig. 1c) na elektrodepositie. We konden vijf verschillende pieken duidelijk zien in Fig. 1a, die respectievelijk NaCl (111), (200), (220), (222) en (400) waren, vergeleken met de XRD-standaard PDF-kaart. Dit gaf aan dat de chemische bindingen van het doelproduct waren verbroken nadat de elektrolytische afzettingsoplossing was behandeld bij hoge temperaturen (alcohollamp), met andere woorden, het doelproduct was bestand tegen slechte prestaties bij hoge temperaturen. Daarna hebben we de elektrodepositie-oplossing verwarmd en gedroogd bij een lagere temperatuur (60 ° C, oven), en het resulterende XRD-patroon werd getoond in Fig. 1b. Helaas, vergeleken met de XRD standaard PDF-kaarten voor alle mogelijke verbindingen, zou niets overeenkomen met deze pieken. Dit suggereerde dat het resulterende doelproduct geen algemene algemene verbinding was en een zeldzaam en speciaal complex zou kunnen zijn. Figuur 1c toont het FTIR-patroon van elektrodepositie-oplossing na elektrodepositie, waar we een piek konden vinden rond 1500 cm⁻¹ , wat consistent was met de karakteristieke piek (1499 cm⁻¹ ) dat de ionische vloeistof die Ni-halogenide-anion bevat [37]. Daarom hebben we, in combinatie met XRD- en FTIR-patronen, overwogen dat sommige complexe ionen ([Ni_x Cl_y ]^z− ), die na de reactie nog steeds aanwezig waren en een slechte weerstand tegen hoge temperaturen hadden, werden tijdens het elektrodepositieproces in de oplossing gegenereerd.

De XRD-patronen van elektrodepositie-oplossing die werden verwarmd en gedroogd met een alcohollamp (a ) en met een oven (60 °C) (b ). Het FTIR-patroon van elektrodepositie-oplossing (c ) na elektrodepositie

Wanneer Cl⁻ Ni²⁺ . tegengekomen in de oplossing, Ni²⁺ zou worden gehybridiseerd volgens de hybride orbitaaltheorie en vorm [Ni(H₂ O)₂ ]Cl₄ . Volgens Fernandes et al. zouden de watermoleculen worden vervangen door Cl⁻ als de temperatuur hoger was dan 30 °C . Volgens de moleculaire orbitaaltheorie is elk eenzaam paar Cl⁻ geen enkele baan in beslag nam maar alle vier de banen gelijk verdeelde, vond de overgang van een octaëdrisch complex naar een tetraëdrisch complex plaats [38]. Dus elk alleenstaand paar was consistent in zowel het aantal als de energie van de bezette banen, en in theorie was de resulterende [NiCl₄ ]²⁻ presenteerde een structuur van regelmatige tetraëder in de ruimte.

Effect van elektrodepositietijd en kristalmodificator

Afbeelding 2 toont laag (Fig. 2 a₁ –c₁ ) en hoog (Fig. 2a₂ –c₂ ) vergroting SEM-afbeeldingen van Ni₃₅₅ /Ni₃₇₀ /Ni₄₀₀ nanocones met verschillende elektrodepositietijd (5 min, 20 min, 50 min), XRD en EDS (Fig. 2 b₃ , b₄ ) patronen van typische Ni₃₇₀ nanocones (Fig. 2b₁ ), respectievelijk. Het was duidelijk uit SEM-afbeeldingen dat het kathodeoppervlak werd bedekt door een kleine en dichte plaatachtige structuur gedurende een korte elektrodepositietijd (5 min), en nanoconusstructuren werden geleidelijk gevormd met de toename van de elektrodepositietijd (20 min). Met nanocones die verder waren gegroeid, waren de scherpe hoeken duidelijker en meer texturen voor langere perioden van elektrodepositietijd (50 min). Het was duidelijk uit het XRD-patroon dat er drie verschillende diffractiepieken waren en ze waren allemaal consistent met de zuivere Ni-fase met face-center kubische (fcc) structuur, en geen andere onzuiverheidspieken zoals NiO of Ni(OH)₂ kon worden gedetecteerd. Ondertussen was het duidelijk dat Ni voornamelijk langs (220) kristalvlak groeide. Zoals te zien is aan het EDS-patroon van typisch Ni₃₇₀ nanocones, alleen Au en Ni konden worden bevestigd, wat aangeeft dat wat elektrolytisch op de kathode werd afgezet zuiver Ni₃₇₀ was nanocones zonder enige verontreiniging (Ni was een magnetisch materiaal, om magnetisch te verzwakken en de sonde te beschermen, moest het met goud worden besproeid tijdens SEM-karakterisering).

SEM-afbeeldingen met lage vergroting op de oppervlaktemorfologie van Ni-nanocones met verschillende elektrodepositietijd (a ₁ , b ₁ , c ₁ ) en hun sterk vergrotende SEM-afbeeldingen (a ₂ , b ₂ , c ₂ ), respectievelijk. XRD-patroon (b ₃ ) en EDS-patroon (b ₄ ) van Ni₃₇₀ nanocones

Figuur 3 toont het specifieke groeimechanisme van Ni₃₇₀ nanocones, genaamd multidimensionaal groeimechanisme van globale orde en lokale wanorde. Aan het begin, [NiCl₄ ]²⁻ in de oplossing verplaatst naar kathode onder invloed van elektrisch veld, Cl⁻ met negatieve elektriciteit in de [NiCl₄ ]²⁻ produceerde afstotende kracht tegen elektronen op de kathode, terwijl Ni²⁺ met positieve elektriciteit werden aangetrokken door de kathode na binnenkomst in de diffusielaag. Zowel afstotende als aantrekkende krachten namen significant toe, na het binnengaan van de Helmholtz-dubbellaag, de gecoördineerde covalente bindingen (Ni-Cl) van [NiCl₄ ]²⁻ waren gebroken, en dan de re-free Cl⁻ (Cl in de gebroken Ni-Cl-bindingen) bewoog tegen de kathode terwijl het opnieuw vrijgekomen Ni²⁺ (Ni in de gebroken Ni-Cl-bindingen) bewoog zich naar de kathode. Ni²⁺ Re opnieuw vrijgeven bewogen parallel over de kathode en koos de gemakkelijkste plaats om te bevestigen, meestal bij de defecten en bij de stappen, voor de elektroafzettingsgroei van Ni. Defecten (normaal gesproken holdefecten en uitpuilende defecten) zouden onvermijdelijk optreden tijdens de 2D-groei van Ni op de kathode, de groei van 2D naar 3D getransformeerd (de effecten van defecten op vlakke groei werden hier niet beschouwd, maar de effecten op de z -as richting groei). Idealiter was de kans dat een nieuwe laag in elke richting groeide als gevolg van een enkel defect hetzelfde, met andere woorden, de nieuwe laag zou in een cirkelvorm naar buiten moeten groeien (de effecten van defecten op z -asrichting groei is hier niet meegenomen, maar gekeken naar de effecten op de vlakke groei). Wat we echter zagen in Fig. 2 b₂ en c₂ waren piramides in plaats van cirkelvormige kegels, omdat de groei van een nieuwe laag nog steeds gepaard ging met een groot aantal defecten die aan de groeigrenzen verschenen; elk defect zou zijn toestand enigszins doen verschillen van de omringende groeigrenzen (een zeer klein bereik); dus de resulterende Ni nanocone was strikt een N -zijdige veelhoekige piramide, die lokale wanorde werd genoemd. Hoewel er verschillende statussen waren (groeisnelheid, groeirichting, enz.) tussen twee aangrenzende defecten, was het verwaarloosbaar in vergelijking met die twee defectaggregatiepunten die ver uit elkaar lagen. Op macroniveau werden slechts twee defectaggregatiepunten met voldoende statusverschillen die aandacht verdienden en geïsoleerde defecten binnen bepaalde statusbereiken "samengevoegd", Ni nanocones die we zagen als een piramide (driehoekige, vierhoekige, vijfhoekige, zeshoekige piramide, enz.), die globale orde werd genoemd (Fig. S1).

Multidimensionaal groeimechanisme van globale orde en lokale wanorde:de breuk van [NiCl₄ ]²⁻ covalente bindingen coördineren, de bewegingstoestand en assemblagemodus van Ni²⁺ op de kathode

Effect van componenten

Om het specifieke effect van componenten in de oplossing verder te bestuderen, werden controlevariaties gebruikt om een voorlopige analyse te maken van de oppervlakte-nanostructuur die werd verkregen door elektrodepositie bij verschillende concentraties van NaCl, NiCl₂ , en H₃ BO₃ , respectievelijk, en trek de bijbehorende conclusies.

Effect van NaCl

Figuur 4 toont de SEM-beelden met lage en hoge vergroting van de kathode die elektrolytisch afgezet werden onder verschillende NaCl-concentraties bij 0 g/L (Fig. 4 a₁ en een₂ ), 100 g/L (Fig. 4 b₁ en b₂ ) en 167 g/L (Fig. 4c₁ en c₂ ), respectievelijk. Wanneer NaCl niet aan de oplossing werd toegevoegd, werd het kathodeoppervlak bedekt met blokkerig Ni₂₇₀ nanostructuur (Fig. 4 a₁ ), en hoewel sommige blokken een spitsvormige neiging hadden aan de top (Fig. 4a₂ ), leek het gewoon onontwikkelde Ni₂₇₀ . te heten nanokegels. De reden waarom het resulteerde in een groot aantal onontwikkelde Ni-nanocones op het oppervlak van de kathode was dat alleen NiCl₂ in de geboden oplossing Cl⁻ , wat te weinig Cl⁻ . maakte om een groot aantal [NiCl₄ . te produceren ]²⁻ , en verder de vorming van Ni₂₇₀ . ernstig belemmerd nanokegels. Toen de concentratie NaCl toenam (100 g/L), kon worden waargenomen dat er nog wat onontwikkelde Ni₃₇₀ waren nanocones (Fig. 4 b₁ ), maar een meer uitgesproken trend van Ni-nanocones op sommige plaatsen (Fig. 4b₂ ). Dit was omdat de toevoeging van NaCl aan de oplossing het gebrek aan Cl⁻ aanzienlijk verminderde , bevorderde de vorming van [NiCl₄ ]²⁻ , maar het kon nog steeds geen verhouding van 1:4 bereiken (n(Ni²⁺ ):n(Cl⁻ )), en het kathodeoppervlak was bedekt met veel onontwikkelde Ni₃₇₀ nanokegels. Door de concentratie van NaCl te verhogen tot 167 g/L, kon worden vastgesteld dat het grootste deel van het kathode-oppervlak bedekt was met Ni₄₃₇ nanocones die het bijna onmogelijk maakten om onontwikkelde Ni₄₃₇ . te detecteren nanocones (Fig. 4 c₁ , c₂ ). De grote hoeveelheid Cl⁻ in de oplossing maakte het mogelijk om een enorm aantal [NiCl₄ ]²⁻ , die de vorming van elektrolytisch afgezet Ni₄₃₇ . enorm bevorderde nanocones.

SEM-beelden met lage en hoge vergroting van kathode die elektrolytisch zijn afgezet bij verschillende NaCl-concentraties:0 g/L (a ₁ , een ₂ ), 100 g/L (b ₁ , b ₂ ), en 167 g/L (c ₁ , c ₂ ), respectievelijk

Effect van NiCl₂

Figuur 5 toont de SEM-beelden met lage en hoge vergroting van de kathode die elektrolytisch zijn afgezet onder verschillende NiCl₂ concentraties:0 g/L (Fig. 5 a₁ en een₂ ), 200 g/L (Fig. 5 b₁ en b₂ ), 400 g/L (Fig. 5 c₁ en c₂ ), respectievelijk. Het was duidelijk uit Fig. 5 a₁ dat het kathodeoppervlak bedekt was met een katoenvlokvormige structuur, en dat de gehele oppervlaktestructuur de neiging had dichter op elkaar te worden gestapeld met Ni-ballen maar geen kegelstructuur (Fig. 5a₂ ). De reden waarom Ni²⁺ elektrolytisch afgezet op de kathode op een langzame en meer gemiddelde manier en veroorzaakte een katoenvlokvormige structuur was dat er geen Ni²⁺ was in de oplossing vóór elektrodepositie; Ni²⁺ die nodig zijn voor elektrodepositie, kwamen allemaal van die Ni-atomen die elektronen op de anode verloren, wat resulteerde in een lage concentratie Ni²⁺ in de oplossing, dus zelfs als er een groot aantal Cl⁻ , het genereren van [NiCl₄ ]²⁻ was zeldzaam, wat de vorming van de Ni nanocones-structuur ernstig belemmerde. Na het verhogen van de concentratie van NiCl₂ in de oplossing tot 200 g/L was het elektrolytisch afgezette kathode-oppervlak bedekt met ongeveer Ni₃₇₀ nanocones en andere onontwikkelde (Fig. 5 b₁ ), was het hele oppervlak ruw en gefragmenteerd (Fig. 5b₂ ). NiCl₂ toegevoegd aan de oplossing verhoogde de aanmaak van [NiCl₄ . aanzienlijk ]²⁻ , leidde tot de vorming van Ni₃₇₀ nanocones, maar een deel van onderontwikkelde Ni₃₇₀ nanocones gaven aan dat de concentratie mogelijk niet het optimale niveau had bereikt. Wanneer de concentratie van NiCl₂ 400 g/L bereikte, was het kathode-oppervlak bedekt met een groot aantal enorme Ni₅₇₀ nanocones (Fig. 5 c₁ ), sommige vertoonden vaag zichtbare randen maar meer conische vormen, en het kegeloppervlak was vol textuur, met scherpe hoeken en punten die naar de kegeltop waren gericht (Fig. 5 c₂ , rode lijnen). Theoretisch is de concentratie van Ni²⁺ geleverd door NiCl₂ (400 g/L) was veel groter dan gewenst, wat in plaats daarvan het gebrek aan Cl⁻ benadrukte; dan een groot aantal Ni²⁺ elektrolytisch afgezet op de kathode gedurende een korte tijd resulteerde in Ni₅₇₀ nanocones groeiden te snel om de kenmerken van de lokale aandoening te vertonen, maar kwamen naar voren in de kegelstructuur.

SEM-beelden met lage en hoge vergroting van kathode die elektrolytisch zijn afgezet op verschillende NiCl₂ concentraties:0 g/L (a ₁ , een ₂ ), 200 g/L (b ₁ , b ₂ ), en 400 g/L (c ₁ , c ₂ ), respectievelijk

Effect van H₃ BO₃

In de reeks experimenten, H₃ BO₃ was de rol van pH-regulator, aangezien boor (B) een elektron-deficiënt atoom was, het kon combineren met waterstof-zuurstofwortelionen (OH⁻ ) uit de watermoleculen, en daarbij waterstofionen vrijgeven (H⁺ ) (Vgl. 1).

$$ \mathrm{B}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{B}{\left(\mathrm{OH} \right)}_4^{-}+{\mathrm{H}}^{+} $$ (Vgl. 1)

Afbeelding 6 toont de SEM-beelden met lage en hoge vergroting van de kathode die elektrolytisch zijn afgezet vanuit verschillende H₃ BO₃ concentraties:0 g/L (Fig. 6 a₁ en een₂ ), 25 g/L (Fig. 6 b₁ en b₂ ), 50 g/L ((Fig. 6c₁ en c₂ ), respectievelijk. In Afb. 6a₁ , het was duidelijk te zien dat de kathode bedekt was met een relatief vlakke elektrodepositielaag en dat sommige gebieden lichte uitsteeksels hadden (Fig. 6 a₂ ), maar geen Ni₃₂₀ nanocones structuur in het algemeen. Toen er geen H₃ . was BO₃ in de oplossing zou alleen een reactie met geëlektrolyseerd water plaatsvinden in de buurt van de kathode, dus de oplossing bevond zich over het algemeen in een zuur-base-evenwichtstoestand en Ni²⁺ waren bijna immuun voor de invloed van OH⁻ of H⁺ , wat resulteert in een vlakke elektrodepositielaag. H₃ . toevoegen BO₃ tot 25 g/L in de oplossing, konden we duidelijk enorme Ni₃₄₅ . waarnemen nanocones-structuur uit Fig. 6 b₁ , terwijl de textuurtrend complex was, waren de randen en hoeken duidelijk (Fig. 6b₂ ). Dit kwam door de toevoeging van H₃ BO₃ , die meer H⁺ . opleverde nabij de kathode, wat resulteert in een omgeving met een zwakke zuurgraad. Wanneer de concentratie van H₃ BO₃ in de oplossing bereikte 50 g/L, de grootte van Ni₃₇₀ nanocone was verminderd, vergeleken met Ni₃₄₅ nanocones, maar de oppervlaktetextuur was gladder. Dit kwam door het grote aantal H₃ BO₃ , waardoor de oplossing zwak zuur leek (iets zuurder dan de vorige), de overmatige H⁺ beïnvloedde de grootte van Ni₃₇₀ nanocones maar maakte het oppervlak regelmatiger.

SEM-beelden met lage en hoge vergroting van kathode die elektrolytisch zijn afgezet op verschillende H₃ BO₃ concentraties:0 g/L (a ₁ , een ₂ ), 25 g/L (b ₁ , b ₂ ), en 50 g/L (c ₁ , c ₂ ), respectievelijk

Over het algemeen was de grootte van Ni-nanocones niet evenredig met de hoeveelheid H₃ BO₃ bij de oplossing. Dit kan zijn dat toen de oplossing vrij was van H₃ BO₃ , de negatief geladen OH⁻ verstoorde de positieve elektriciteit Ni²⁺ , die de beweging van Ni²⁺ . beïnvloedde . Aan de andere kant, wanneer een grote hoeveelheid H₃ BO₃ werd gepresenteerd in de oplossing, veel H⁺ zou het kathodeoppervlak hechten om waterstof te genereren (H₂ ), maar vanwege het kleine formaat van H⁺ zelf was de invloed op de nanostructuur van Ni nanocones vrij beperkt.

Conclusie

Samenvattend hadden we met succes Ni-nanocones gesynthetiseerd via elektrodepositie in de oplossing die NiCl₂ bevat. , NaCl en H₃ BO₃ . De resultaten hebben aangetoond dat het tussenproduct een speciaal complex was, dat zich na de reactie nog steeds voordeed en een slechte weerstand tegen hoge temperaturen had, en dat Ni-nanocones puur Ni waren met een fcc-structuur, voornamelijk gegroeid langs (220) kristalvlak. Bovendien werd de specifieke structuur van het tussenproduct ondersteund door bekende volwassen theoretische systemen, werden de nanostructuur en het elektrodepositieproces van de producten onderzocht en werd het waarschijnlijke vormingsmechanisme van Ni-nanocones besproken op basis van de experimentele resultaten. Ondertussen ontdekten we dat de nanostructuur van Ni-nanocones kon worden gecontroleerd door de experimentele omstandigheden aan te passen, zoals de concentratie van NiCl₂ , NaCl en H₃ BO₃ , respectievelijk. Daarom was het vaststellen van geschikte parameters het belangrijkste punt voor de synthese van Ni-kristallen met nanocones-structuur via deze elektrodepositiebenadering. Bovendien verwachtten we dat deze nieuwe strategie mogelijk zou kunnen worden uitgebreid tot enkele andere magnetische metalen om een controleerbare nanoconusstructuur te synthetiseren.