专利名称：一种镀金ZnO纳米棒阵列电极及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用于电化学领域的一种镀金ZnO纳米棒阵列电极，尤其涉及该 镀金ZnO纳米棒阵列电极的结构和制备方法。
背景技术：
纳米电极具有高传质速率、低iR降、小时间常数等优良特性，得到越来越 广泛的研究和应用。纳米阵列电极的电化学性质不仅和纳米单电极的性质相关， 而且还具有自身的一些特性，如可获得较纳米单电极大得多的电流强度，具有 较相同几何面积的常规电极高得多的信噪比等。这些特性使得纳米阵列电极在 制备和应用上更能满足实际要求，对其研究逐渐成为当今电化学研究领域最活 跃的前沿之一。
对于用作电化学电极的一维纳米材料，生长在基底上的电极阵列为实际制 备和应用带来更多的便利。这方面的制备工作多采用模版法，包括基于氧化铝 纳米孔的硬模版和一些有机多孔膜的软模板法。ZnO有多种形式的一维纳米结 构。其中，高取向的Zn0纳米棒阵列是一个重要的研究热点。人们利用这种结 构材料的独特特性，实现了纳米激光器的制备，场发射功能的实现，压电特性 器件以及传感器的测试等。
ZnO纳米棒阵列的制备过程中，水热法具有明显的优势。除去条件温和简单 外，其阵列的结构和形貌可以很容易地通过改变制备过程中的参数来控制，诸 如基底的预处理、生长温度、沉积时间以及前驱物的浓度等。在实际的应用过 程中， 一般都是在基底上沉积一层Zn0纳米薄膜作为种子层，在此基础上会得 到取向生长的纳米线或纳米棒结构。Zn0纳米棒阵列在常规情况下是半导体材料，没有导电性，并且本身在水溶液中有溶解和腐蚀现象，因此很难作为电化
学电极使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种镀金Zn0纳米棒阵列电极，其Zn0纳 米棒具有导电能力，构成一维纳米电极能够用于电化学测试，并且为电化学测 试提供较高的灵敏度。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种制备该镀金Zn0纳米棒阵列电 极的方法，通过该方法可以制备出具有导电能力的ZnO纳米棒。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案该镀金ZnO纳米棒阵列电 极，它至少包括硅基底、二氧化硅介质层、ZnO种子层以及ZnO纳米棒阵列层， 所述二氧化硅介质层位于硅基底上，所述Zn0种子层位于二氧化硅介质层上， 所述Zn0纳米棒阵列层位于Zn0种子层上，所述Zn0纳米棒阵列层的每个Zn0 纳米棒表面和Zn0种子层表面镀有金层。金层具有很好的结合力、抗腐蚀性和 抗氧化性，因此使ZnO纳米棒得到最好的保护，可以大大延长镀金ZnO纳米棒 阵列电极的使用寿命。
作为本发明的优选，所述金层厚度至少为100nm。这样的金层厚度可以有 效降低阻值，有利于提高镀金Zn0纳米棒阵列电极的测试性能。
制备该镀金Zn0纳米棒阵列电极的方法，首先将硅片清洗后放入高温炉中 进行氧化，待生成二氧化硅介质层后用溶胶-凝胶法在二氧化硅表面沉积形成纳 米Zn0薄膜即Zn0种子层，再浸入相同浓度的硝酸锌和六亚甲基四胺的等体积 混合溶液中，在密闭的反应皿中以90-100摄氏度的温度和1-3小时的时间反应 后取出用去离子水充分清洗，然后吹干得到镀金Zn0纳米棒阵列电极，再通过 磁控溅射方法在沉积有Zn0纳米棒阵列的电极表面直接沉积金层。作为本发明的优选，所述ZnO种子层经过紫外光照射后再浸入硝酸锌和六亚 甲基四胺的混合溶液中。由于ZnO种子层表面不亲水，因此混合溶液在ZnO种 子层上会分布不均匀。通过紫外光照射后可以使ZnO种子层表面浸润性由疏水 向亲水转变，使Zn0种子层上的混合溶液均匀分布。作为本发明的优选，所述 紫外光照射过程由8W紫外线灯在距离Zn0种子层至多5cm的范围内照射一小时 后完成。
本发明采用上述技术方案镀金Zn0纳米棒阵列电极在有Zn0纳米棒的一面 镀有金层，通过镀金层改变镀金ZnO纳米棒阵列电极的导电性，使原有ZnO纳 米棒阵列电极由不导电向导电转变，使用该镀金Zn0纳米棒阵列电极做测试具 有很高的灵敏度。由于金层化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、低电阻， 用它包裹在Zn0纳米棒外部就可以很好的起到保护作用，可以大大延长镀金Zn0 纳米棒阵列电极的使用寿命，同时保留了一维纳米材料的结构特性。
下面结合附图和具体实施方式
对发明做进一步具体说明。 图1为本发明镀金ZnO纳米棒阵列电极的结构示意图； 图2为本发明镀金Zn0纳米棒阵列电极应用于检测过氧化氢的循环伏安曲 线图3为本发明镀金Zn0纳米棒阵列电极应用于检测过氧化氢的标准工作曲
线；
图4为本发明镀金Zn0纳米棒阵列电极的场发射扫描电镜图SEM及能谱图
EDS。
具体实施例方式
如图l、 4所示，该镀金ZnO纳米棒阵列电极的结构从下往上依次为硅基底1、 二氧化硅介质层2、 Zn0种子层3以及ZnO纳米棒阵列层。二氧化硅介质层2 位于硅基底l上，Zn0种子层3位于二氧化硅介质层2上，ZnO纳米棒阵列层位 于ZnO种子层3上。在ZnO纳米棒阵列层的每个ZnO纳米棒4表面以及ZnO种 子层3的表面镀有相同厚度的一层金层5，其厚度为150nm。
该镀金ZnO纳米棒阵列电极的制备方法主要包括两个步骤，首先ZnO纳米棒 4阵列的制备，最后是ZnO纳米棒4阵列镀金。具体过程如下，第一步ZnO种子 层3的制备，选用p型或n型单晶硅片作为电极的衬底，将该硅片经清洗后放 入高温炉中进行热氧化，经过在1140 "C温度下热氧化40分钟，衬底表面生成 50mn厚的二氧化硅层。采用溶胶一凝胶法在二氧化硅表面沉积纳米ZnO薄膜即 ZnO种子层3。第二步ZnO纳米棒4阵列的制备，首先8W紫外灯照射衬底上的 ZnO种子层3—小时，距离控制在5cm。将上述沉积有ZnO薄膜的基片浸入相同 浓度的硝酸锌和六亚甲基四胺的等体积混合液中，使其终浓度分别为 0.02mol/L。拟沉积ZnO纳米棒4阵列的基片表面向下放置在密闭的反应皿中， 95。C下进行2小时。反应结束后去离子水充分清洗，并用氮气吹干备用。第三 步镀金层5，在沉积有ZnO纳米棒4阵列的电极表面直接磁控溅射方法沉积150nra 金层5。
镀金ZnO纳米棒阵列电极具有优于原有ZnO纳米棒阵列电极的导电性能， 使用该镀金ZnO纳米棒阵列电极做测试具有很高的灵敏度。例如将镀金ZnO纳 米棒阵列电极用于测试过氧化氢，电化学测试在标准三电极电解池体系中进行， 镀金ZnO纳米棒阵列电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，Pt片 电极为对电极。采用现有的电化学工作站进行测试。
分别在PBS及含70x10-6 M过氧化氢的PBS溶液中进行镀金ZnO纳米棒阵 列电极的循环伏安扫描，电压范围从-0.7 V至0.7 V (相对于SCE),扫速度O. 1 V s-l 。结果如图2所示。
结果表明，在过氧化氢溶液中，阴极及阳极电极电流值相较PBS中明显增加， 说明过氧化氢在电极上发生氧化还原反应，电流出峰位置分别在-O. 4V和0. 2V左 右。阴极电流的增加要更加显著，表明还原反应进行更加快速
如图3所示，镀金ZnO纳米棒阵列电极对测试液中连续加入2. 2x10-6 M过氧 化氢的响应图。由图4可见，每次加入样品液都会引起响应电流明显的增加，显 示电极对不同浓度过氧化氢的良好响应。
以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的 构想所作的改变，如用其它的惰性金属，也是依本发明的构想所作的改变，其 所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保 护范围。
权利要求
1、一种镀金ZnO纳米棒阵列电极，它至少包括硅基底(1)、二氧化硅介质层(2)、ZnO种子层(3)以及ZnO纳米棒阵列层，所述二氧化硅介质层(2)位于硅基底(1)上，所述ZnO种子层(3)位于二氧化硅介质层(2)上，所述ZnO纳米棒阵列层位于ZnO种子层(3)上，其特征在于所述ZnO纳米棒阵列层的每个ZnO纳米棒(4)表面和ZnO种子层(3)表面镀有金层(5)。
2、 根据权利要求l所述镀金ZnO纳米棒阵列电极，其特征在于所述金层(5)厚度至少为100nm。
3、 一种制备权利要求1所述镀金ZnO纳米棒阵列电极的方法，其特征在于首先将硅片清洗后放入高温炉中进行氧化，待生成二氧化硅介质层(2)后用溶胶-凝胶法在二氧化硅表面沉积形成纳米ZnO薄膜即ZnO种子层(3)，再浸入相同浓度的硝酸锌和六亚甲基四胺的等体积混合溶液中，在密闭的反应皿中以90-100摄氏度的温度和1-3小时的时间反应后取出用去离子水充分清洗，然后吹干得到镀金ZnO纳米棒阵列电极，再通过磁控溅射方法在沉积有ZnO纳米棒(4)阵列的电极表面直接沉积金层(5)。
4、 根据权利要求3所述制备镀金ZnO纳米棒阵列电极的方法，其特征在于:所述ZnO种子层(3)经过紫外光照射后再浸入硝酸锌和六亚甲基四胺的混合溶液中。
5、 根据权利要求4所述制备镀金ZnO纳米棒阵列电极的方法，其特征在于:所述紫外光照射过程由8W紫外线灯在距离ZnO种子层(3)至多5cm的范围内照射一小时后完成。
全文摘要
本发明公开了一种镀金ZnO纳米棒阵列电极以及制备该电极的方法，该镀金ZnO纳米棒阵列电极在有ZnO纳米棒的一面镀有金层，通过镀金层改变镀金ZnO纳米棒阵列电极的导电性，使原有ZnO纳米棒阵列电极由不导电向导电转变，使用该镀金ZnO纳米棒阵列电极做测试具有很高的灵敏度。由于金层化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、低电阻，用它包裹在ZnO纳米棒外部就可以很好的起到保护作用，可以大大延长镀金ZnO纳米棒阵列电极的使用寿命，同时保留了一维纳米材料的结构特性。
文档编号G01N27/30GK101493433SQ20091009650
公开日2009年7月29日 申请日期2009年3月5日 优先权日2009年3月5日
发明者吴晓玲, 宗小林, 平 王 申请人:浙江大学