合肥研究院实现一维金属颗粒链的可控制备

　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所费广涛研究小组许少辉等在一维金属颗粒链的可控制备方面取得新进展。相关成果已发表在J. Mater. Chem. C（2015, 3, 2072）上。

　　一维金属颗粒链作为一种有序的周期结构，在光学、电学、光子、磁学以及气敏等领域都表现出奇特的性能。例如，金属颗粒链被认为是一种很有前途的等离子体波导结构，可以实现纳米尺度下对光的传输和控制，从而应用于纳米光波导器件。另外，研究表明磁性金属颗粒链会展现出很强的矫顽力以及高密度存储特性等。一维金属颗粒链的性能与其几何参数密切相关，因此实现颗粒链的可控制备十分重要。传统的EBL以及AFM方法成本昂贵，而目前存在的自组装技术以及利用金属的瑞利不稳定性等方法可控性差。

　　此项工作基于超晶格纳米线，结合电化学腐蚀手段实现了金属颗粒链的制备。首先在AAO模板中电沉积Ni/Cu超晶格纳米线，然后将其浸泡于15wt%NaOH溶液中约50min，即可制备出一维Ni颗粒链。通过调节Ni/Cu纳米线的周期长度，实现了对颗粒链的几何参数包括颗粒尺寸、长径比、颗粒间距的调控(图1)，最小的颗粒尺寸和间距可分别达到6nm和15nm。对腐蚀机理进行了详细的分析，对比实验表明，Ni/Cu在NaOH溶液中发生的反应为电化学腐蚀，腐蚀类型为接触式电化学吸氧腐蚀。当两种活泼性不同的金属相接触，并被放置于一个中性或碱性环境中时，容易发生氧被还原的吸氧腐蚀，这一反应发生的必要条件是金属的电极电位低于氧的还原电位。在本实验中，沿Ni/Cu纳米线轴向方向，Cu与Ni在NaOH溶液中形成多个接触型原电池，Cu在碱性溶液中电极电位是0.219V，低于氧的还原电位0.41V。因此，Cu作为阳极失去电子被腐蚀，生成大部分可溶性产物。O2在阴极得到电子被还原，Ni作为阴极不参与反应，只是起到传输电子的作用。

　　这一金属颗粒链结构可应用于纳米尺度光传输、磁存储、药物输运等方面。金属颗粒链中颗粒尺寸、长径比以及颗粒间距的可控调节对研究几何参数影响下的性能变化有重要意义。

　　图1. 不同几何参数的Ni颗粒链

　　图2. Ni/Cu纳米线腐蚀机理示意图