Observación dialéctica de nanoconas de Ni electrodepositadas controlables:la unificación del trastorno local y el orden general

Resumen

Nanoconas de Ni densas y ordenadas con texturas espirales regulares se sintetizaron con éxito mediante un proceso de electrodeposición simple y económico en la solución que contiene cloruro de sodio (NaCl), cloruro de níquel hexahidrato (NiCl ₂ · 6H ₂ O) y ácido bórico (H ₃ BO ₃ ). Luego de analizar la microestructura, se propuso un posible mecanismo de crecimiento más optimizado de las nanoconas de Ni, en el cual el proceso de crecimiento se dividió en aspectos locales y globales, denominados mecanismo de crecimiento multidimensional de orden global y desorden local. En un área lo suficientemente pequeña, cualquier cambio de estado sutil causaría un desorden de la disposición del átomo de Ni, lo que hacía que la microestructura local pareciera desordenada, pero desde una perspectiva macro, la diferencia entre dos trastornos adyacentes causados por diferentes estados era demasiado pequeña para reflejarse bien. sólo cuando la diferencia de estado fue lo suficientemente grande se podrá observar el cambio en la apariencia macroscópica, por lo que lo global fue ordenado. Mientras tanto, descubrimos que la microestructura de las nanoconas de Ni se controlaría en la solución de electrodeposición ajustando los parámetros del experimento como la concentración de NaCl, NiCl ₂ · 6H ₂ O y H ₃ BO ₃ , que determinó indirectamente la microestructura en gran medida mediante el control de la generación de productos intermedios y el pH.

Introducción

Los metales nanoestructurados con superficies únicas [1] se utilizaron ampliamente en una variedad de campos, como la modificación de superficies [2], capas ultrahidrófobas [3, 4, 5], supercondensadores [6], interconexión microelectrónica [7], nanoprobes [ 8], células solares [9], sensores de gas [10, 11], catalizadores [12,13,14,15,16,17,18,19], lodos de pulido mecánico [20], ruedas de diamante [21], nanoescala superficies de precisión [22, 23]. Como resultado, se han propuesto muchas técnicas de preparación de superficies metálicas nanoestructuradas, incluido el método hidrotermal [10, 11], el método sol-gel [24], el método molde [25], el método químico de deposición en fase vapor [26], el método de reducción química [ 27] y método de microemulsión [28]. Sin embargo, estos métodos tradicionales requerían mucho tiempo y dinero [2, 29].

Con el fin de superar los defectos de los métodos de preparación tradicionales mencionados anteriormente, la tecnología de electrodeposición ha atraído un interés de investigación significativo y ha experimentado desarrollos magníficos. Se lograría la expectativa objetivo incluso en las condiciones más suaves, ya que el campo eléctrico podría aumentar la velocidad de reacción [2]. La preparación de superficies metálicas nanoestructuradas electrodepositadas no requirió equipos auxiliares complejos, lo que redujo en gran medida el costo y el tiempo. Por lo tanto, se ha investigado mucho sobre la tecnología de preparación y el mecanismo de formación de la topografía de la superficie metálica nanoestructurada mediante electrodeposición [30].

En la preparación específica por electrodeposición de superficies metálicas nanoestructuradas, el método más representativo fue el método del modificador de cristal [31]. La adición de modificadores de cristal podría afectar la dirección de crecimiento de los cristales, por lo que cuando reacciona con una solución de electrodeposición que contiene un modificador de cristal específico, la superficie nanoestructurada del metal crecerá en una dirección específica. Por lo tanto, el uso de un modificador de cristal podría obtener fácilmente una nanoestructura 3D regular, específica y poco espaciada en la superficie del sustrato metálico [32].

Cuando una cierta cantidad de cloruro de amonio (NH ₄ Cl), que era el modificador de cristal más utilizado, se añadió a la solución de electrodeposición de Ni, el NH ₄ ⁺ formaría iones complejos con Ni ²⁺ y hacer que el cristal de Ni electrodepositado crezca a lo largo de la cara del cristal (111). Por lo tanto, agregando NH ₄ Cl, fue fácil electrodepositar nanoconas de Ni que crecen en una dirección específica en la superficie del metal del sustrato y explican este fenómeno con mayor precisión de acuerdo con el mecanismo de crecimiento de la dislocación del tornillo [33]. Además, el níquel, como buen metal conductor ferromagnético, tenía las ventajas de un precio bajo, un amplio uso y una excelente resistencia a la corrosión [34]. Nanoconas de Ni obtenidas por electrodeposición con solución que contiene NH ₄ El Cl tuvo aplicaciones importantes en sensores sensibles a gases [10, 11], superficies ultrahidrofóbicas [3, 4, 5] y catalizadores [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19].

En este trabajo, reemplazamos NH ₄ Cl con NaCl como modificador de cristal y nanoconas de Ni preparadas con éxito. Comparado con NH ₄ Cl, NaCl no fue tóxico, suave y estable. Además, presentamos la posible estructura compleja específica y su papel en el proceso de electrodeposición mediante la combinación de la teoría de orbitales híbridos, la teoría de la órbita molecular y los resultados de caracterización reales. Se expuso el mecanismo de crecimiento de nanoconos de Ni electrodepositados en la solución que contiene NaCl, que era bastante diferente del mecanismo común de crecimiento de cristales impulsado por dislocación de tornillo [35], y los efectos del tiempo de electrodeposición y la concentración de NaCl, NiCl _{2 ,} y H ₃ BO ₃ sobre la nanoestructura de las nanoconas de Ni se analizaron. A través del análisis de los factores afectados por la nanoestructura de las nanoconas de Ni, se realizó de manera preliminar la preparación controlada, que sería instructiva para la preparación de otras nanoconas de Ni de formas especiales en el futuro.

Materiales y métodos

Materiales

Todos los reactivos químicos eran analíticamente puros y podían usarse directamente para reacciones químicas. La longitud, la anchura y el grosor de las tabletas de Ni (cátodo y ánodo) utilizadas en nuestro experimento fueron de 70 mm, 25 mm y 0,08 mm, respectivamente. Cloruro de sodio (NaCl), cloruro de níquel hexahidrato (NiCl ₂ · 6H ₂ O), ácido bórico (H ₃ BO ₃ ), ácido clorhídrico (HCl) y etanol anhidro (CH ₃ CH ₂ OH) se adquirieron en ChengDu Chron Chemicals Co., Ltd., China.

Tratamiento de superficies y preparación de muestras

En un proceso estándar, dos tabletas de Ni (cátodo y ánodo) se limpiaron por ultrasonidos en agua desionizada y etanol, respectivamente. La tableta de cátodo de Ni se hizo rugosa en HCl (25% en peso, 60ºC) durante 30 min. Posteriormente, se electrodepositaron nanoconas de Ni en las tabletas de Ni preparadas (cátodo) a partir de una solución acuosa que contenía NiCl ₂ · 6H ₂ O (200 g / L), NaCl (100 g / L) y H ₃ BO ₃ (50 g / L). La temperatura (60 ° C), la densidad de corriente (0,1 A) y el tiempo de electrodeposición (20 min) deben regularse y se empleó otra tableta de Ni como ánodo para proporcionar iones de Ni (Ni ²⁺ ). Después de la electrodeposición, el cátodo se limpió ultrasónicamente en agua desionizada y luego en etanol y finalmente se secó en un horno durante 30 min, respectivamente. Para una mayor comparación, el tiempo de electrodeposición se controló de 5 min a 50 min, y la concentración de NaCl, NiCl ₂ · 6H ₂ O y H ₃ BO ₃ se cambió de 0 a 167 g / L, 0 a 400 g / L y 0 a 50 g / L, respectivamente (Tabla 1).

Caracterización

Las imágenes del microscopio electrónico de barrido (SEM) y la espectroscopia de dispersión de energía (EDS) correspondiente se obtuvieron mediante FEI Inspect F50 (Thermo Fisher, EE. UU.) Que funciona a 20 kV. Los patrones de difracción de rayos X (XRD) se midieron utilizando un difractómetro de rayos X D8 advance (BRUKER, Alemania) con una radiación de Cu Kα ( λ =1,5406 Å). El patrón de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) se midió utilizando un Nicolet iS 10 (Thermo Fisher, EE. UU.) Con un módulo ATR.

Resultados y discusión

Determinación de productos intermedios

Por lo general, cuando NH ₄ Cl se utilizó como modificador de cristal, el NH ₄ ⁺ formaría iones complejos con el Ni ²⁺ durante el proceso de electrodeposición [36]. Por lo tanto, cuando se usó NaCl como un modificador de cristal, la solución podría producir iones complejos, que podrían promover la conducción de la electrodeposición. La Figura 1 muestra los patrones XRD de la solución de electrodeposición que se calentaron y secaron con una lámpara de alcohol (Fig.1a) y con un horno (60 ° C) (Fig.1b), respectivamente, y el patrón FTIR de la solución de electrodeposición (Fig. 1c) después de la electrodeposición. Pudimos ver cinco picos diferentes claramente en la Fig. 1a, que eran NaCl (111), (200), (220), (222) y (400), respectivamente, en comparación con la tarjeta PDF estándar XRD. Esto indicó que los enlaces químicos del producto objetivo se habían roto después de la solución de electrodeposición tratada a altas temperaturas (lámpara de alcohol), en otras palabras, el producto objetivo era resistente a un rendimiento deficiente a altas temperaturas. Posteriormente, calentamos y secamos la solución de electrodeposición a una temperatura más baja (60 ° C, horno), y el patrón XRD resultante se mostró en la Fig. 1b. Desafortunadamente, en comparación con las tarjetas PDF estándar XRD para todos los compuestos posibles, nada correspondería a estos picos. Esto sugirió que el producto objetivo resultante no era un compuesto general común y podría ser un complejo raro y especial. La Figura 1c muestra el patrón FTIR de la solución de electrodeposición después de la electrodeposición, donde pudimos encontrar un pico alrededor de 1500 cm ⁻¹ , que era consistente con el pico característico (1499 cm ⁻¹ ) que el líquido iónico que contiene el anión haluro de Ni tenía [37]. Por lo tanto, combinado con los patrones XRD y FTIR, consideramos que algunos iones complejos ([Ni _x Cl _y ] ^z− ), que aún se presentaban después de la reacción y tenían poca resistencia a altas temperaturas, se generaron en la solución durante el proceso de electrodeposición.

Los patrones XRD de la solución de electrodeposición que se calentaron y secaron con una lámpara de alcohol ( a ) y con horno (60 ° C) ( b ). El patrón FTIR de la solución de electrodeposición ( c ) después de la electrodeposición

Cuando Cl ^- encontró Ni ²⁺ en la solución, Ni ²⁺ se hibridaría de acuerdo con la teoría del orbital híbrido y formaría [Ni (H ₂ O) ₂ ] Cl ₄ . Según Fernandes et al., Cuando la temperatura estaba por encima de los 30 ° C, las moléculas de agua serían reemplazadas por Cl ^- . Según la teoría de los orbitales moleculares, cada par solitario de Cl ^- no ocupaba una sola órbita sino que dividía las cuatro órbitas por igual, se produjo la transición de un complejo octaédrico a un complejo tetraédrico [38]. Por lo tanto, cada par solitario fue consistente tanto en el número como en la energía de las órbitas ocupadas y, en teoría, el [NiCl ₄ resultante ] ²⁻ presentó una estructura de tetraedro regular en el espacio.

Efecto del tiempo de electrodeposición y del modificador de cristal

La Figura 2 muestra bajo (Fig. 2 a ₁ –C ₁ ) y alto (Fig. 2a ₂ –C ₂ ) Ampliación de imágenes SEM de Ni ₃₅₅ / Ni ₃₇₀ / Ni ₄₀₀ nanoconos con diferente tiempo de electrodeposición (5 min, 20 min, 50 min), XRD y EDS (Fig. 2 b ₃ , b ₄ ) patrones de Ni ₃₇₀ típicos nanoconos (Fig. 2b ₁ ), respectivamente. Quedó claro a partir de las imágenes SEM que la superficie del cátodo estaba cubierta por una estructura pequeña y densa en forma de placa a través de un tiempo de electrodeposición corto (5 min), y las estructuras de nanoconas se formaron gradualmente con el aumento del tiempo de electrodeposición (20 min). Con nanoconos crecidos más, las esquinas afiladas fueron más claras y con más texturas durante períodos más largos de tiempo de electrodeposición (50 min). Quedó claro a partir del patrón XRD que había tres picos de difracción diferentes y todos ellos eran consistentes con la fase de Ni puro con estructura cúbica del centro de la cara (fcc), y sin otros picos de impurezas como NiO o Ni (OH) ₂ podría ser detectado. Mientras tanto, era obvio que Ni crecía principalmente a lo largo de la cara de cristal (220). Como puede verse en el patrón EDS del típico Ni ₃₇₀ nanoconos, solo Au y Ni pudieron ser confirmados, lo que indica que lo que se depositaba en el cátodo era Ni puro ₃₇₀ nanoconos sin ningún tipo de contaminación (el Ni era un material magnético, para atenuar magnéticamente y proteger la sonda, era necesario rociarlo con oro durante la caracterización SEM).

Imágenes SEM de bajo aumento en la morfología de la superficie de nanoconos de Ni con diferentes tiempos de electrodeposición ( a ₁ , b ₁ , c ₁ ) y sus imágenes SEM de gran aumento ( a ₂ , b ₂ , c ₂ ), respectivamente. Patrón XRD ( b ₃ ) y patrón EDS ( b ₄ ) de Ni ₃₇₀ nanocones

La Figura 3 muestra el mecanismo de crecimiento específico de Ni ₃₇₀ nanoconos, denominado mecanismo de crecimiento multidimensional de orden global y desorden local. Al principio, [NiCl ₄ ] ²⁻ en la solución movida hacia el cátodo bajo la acción del campo eléctrico, Cl ^- con electricidad negativa en el [NiCl ₄ ] ²⁻ produjo fuerza repulsiva contra los electrones en el cátodo, mientras que Ni ²⁺ con electricidad positiva fueron atraídos por el cátodo después de entrar en la capa de difusión. Tanto las fuerzas de repulsión como las de atracción aumentaron significativamente, después de entrar en la doble capa de Helmholtz, los enlaces covalentes coordinados (Ni-Cl) de [NiCl ₄ ] ²⁻ se rompieron, y luego se volvió a liberar Cl ^- (Cl en los enlaces Ni-Cl rotos) se movió contra el cátodo mientras que el Ni ²⁺ liberado (Ni en los enlaces Ni-Cl rotos) se movió hacia el cátodo. Vuelva a liberar Ni ²⁺ se movió en paralelo sobre el cátodo y eligió el lugar más fácil de colocar, generalmente en los defectos y en los pasos, para el crecimiento de electrodeposición de Ni. Los defectos (normalmente, defectos cavates y defectos de abultamiento) inevitablemente ocurrirían durante el crecimiento 2D de Ni en el cátodo, transformaron el crecimiento de 2D a 3D (los efectos de los defectos en el crecimiento plano no se consideraron aquí, pero consideraron los efectos en el z -crecimiento de la dirección del eje). Idealmente, las posibilidades de que una nueva capa creciera en cada dirección causada por un solo defecto eran las mismas, en otras palabras, la nueva capa debería crecer hacia afuera en forma circular (los efectos de los defectos en z -el crecimiento en la dirección del eje no se consideró aquí, pero se consideraron los efectos sobre el crecimiento plano). Sin embargo, lo que vimos en la Fig.2 b ₂ y c ₂ eran pirámides en lugar de conos circulares, porque el crecimiento de una nueva capa estaba todavía acompañado de una gran cantidad de defectos que aparecían en las fronteras del crecimiento; cada defecto haría que su estado difiera ligeramente de las fronteras de crecimiento circundantes (un rango muy pequeño); por lo tanto, el nanocone de Ni resultante era estrictamente un N -Pirámide poligonal de lados, que se denominó desorden local. Aunque había diferentes estados (tasa de crecimiento, dirección de crecimiento, etc.) entre dos defectos adyacentes, era insignificante en comparación con esos dos puntos de agregación de defectos que estaban muy separados. A nivel macro, solo dos puntos de agregación de defectos con suficientes diferencias de estado que merecían atención y defectos aislados dentro de ciertos rangos de estado se "fusionaron", las nanoconas de Ni que observamos mostraban una pirámide (triangular, cuadrangular, pentagonal, pirámide hexagonal, etc.), que se llamó orden global (Fig. S1).

Mecanismo de crecimiento multidimensional de orden global y desorden local:la fractura de [NiCl ₄ ] ²⁻ coordinar enlaces covalentes, el estado de movimiento y el modo de ensamblaje de Ni ²⁺ en el cátodo

Efecto de los componentes

Con el fin de estudiar más a fondo el efecto específico de los componentes en la solución, se utilizaron variantes de control para realizar un análisis preliminar de la nanoestructura superficial obtenida por electrodeposición a diferentes concentraciones de NaCl, NiCl ₂ y H ₃ BO ₃ , respectivamente, y sacar las conclusiones correspondientes.

Efecto del NaCl

La Figura 4 muestra las imágenes SEM de bajo y alto aumento del cátodo que se electrodepositó bajo diferentes concentraciones de NaCl a 0 g / L (Fig. 4 a ₁ y un ₂ ), 100 g / L (Fig. 4 b ₁ y b ₂ ) y 167 g / L (Fig. 4c ₁ y c ₂ ), respectivamente. Cuando no se añadió NaCl a la solución, la superficie del cátodo se cubrió con bloques de Ni ₂₇₀ nanoestructura (Fig. 4 a ₁ ), y aunque algunos bloques tenían una tendencia en forma de aguja en el ápice (Fig. 4a ₂ ), parecía llamarse simplemente Ni ₂₇₀ no desarrollado nanocones. La razón por la que resultó en una gran cantidad de nanoconos de Ni sin desarrollar en la superficie del cátodo fue que solo el NiCl ₂ en la solución proporcionada Cl ^- , que hizo demasiado menos Cl ^- para producir una gran cantidad de [NiCl ₄ ] ²⁻ , y obstaculizó aún más la generación de Ni ₂₇₀ nanocones. Cuando la concentración de NaCl aumentó (100 g / L), se pudo observar que aún quedaba algo de Ni ₃₇₀ sin desarrollar nanoconos (Fig. 4 b ₁ ), pero una tendencia más pronunciada de nanoconos de Ni en algunos lugares (Fig. 4b ₂ ). Esto se debió a que la adición de NaCl en la solución alivió en gran medida la falta de Cl ^- , promovió la formación de [NiCl ₄ ] ²⁻ , pero aun así no pudo alcanzar una proporción de 1:4 (n (Ni ²⁺ ):n (Cl ^- )), y la superficie del cátodo estaba cubierta por muchos Ni ₃₇₀ nanocones. Continuando aumentando la concentración de NaCl a 167 g / L, se pudo encontrar que la mayor parte de la superficie del cátodo estaba cubierta por Ni ₄₃₇ nanoconos que hicieron casi imposible la detección de Ni ₄₃₇ subdesarrollado nanoconos (Fig. 4 c ₁ , c ₂ ). La gran cantidad de Cl ^- en la solución hizo posible producir una gran cantidad de [NiCl ₄ ] ²⁻ , que promovió en gran medida la generación de Ni ₄₃₇ electrodepositado nanoconos.

Imágenes SEM de bajo y alto aumento de cátodo que se electrodepositaron a diferentes concentraciones de NaCl:0 g / L ( a ₁ , un ₂ ), 100 g / L ( b ₁ , b ₂ ) y 167 g / L ( c ₁ , c ₂ ), respectivamente

Efecto del NiCl ₂

La Figura 5 muestra las imágenes SEM de bajo y alto aumento del cátodo que electrodepositó bajo diferentes NiCl ₂ concentraciones:0 g / L (Fig.5 a ₁ y un ₂ ), 200 g / L (Fig. 5 b ₁ y b ₂ ), 400 g / L (Fig. 5 c ₁ y c ₂ ), respectivamente. Quedó claro en la Fig. 5 a ₁ que la superficie del cátodo estaba cubierta por una estructura en forma de flóculo de algodón, y que toda la estructura de la superficie tendía a apilarse más densamente con bolas de Ni pero sin estructura de conos (Fig. 5a ₂ ). La razón por la que Ni ²⁺ electrodepositado en el cátodo de una manera más lenta y media y provocó una estructura en forma de flóculo de algodón fue que no había Ni ²⁺ en la solución antes de la electrodeposición; Ni ²⁺ requerido para la electrodeposición, todos provienen de aquellos átomos de Ni que perdieron electrones en el ánodo, lo que resultó en una baja concentración de Ni ²⁺ en la solución, por lo que incluso si hubiera una gran cantidad de Cl ^- , la generación de [NiCl ₄ ] ²⁻ era raro, lo que dificultaba seriamente la formación de la estructura de las nanoconas de Ni. Después de aumentar la concentración de NiCl ₂ en la solución a 200 g / L, la superficie del cátodo electrodepositada se cubrió con un poco de Ni ₃₇₀ nanoconos y otros no desarrollados (Fig.5 b ₁ ), toda la superficie estaba rugosa y fragmentada (Fig. 5b ₂ ). NiCl ₂ agregado a la solución aumentó en gran medida la generación de [NiCl ₄ ] ²⁻ , provocó la formación de Ni ₃₇₀ nanocones, pero una parte de Ni ₃₇₀ subdesarrollado nanoconas indicó que la concentración podría no haber alcanzado el nivel óptimo. Cuando la concentración de NiCl ₂ alcanzó 400 g / L, la superficie del cátodo estaba cubierta por una gran cantidad de Ni ₅₇₀ nanoconos (Fig. 5 c ₁ ), algunos de ellos presentaban bordes vagamente visibles pero formas más cónicas, y la superficie del cono estaba llena de textura, con ángulos agudos y puntas apuntando al vértice del cono (Fig.5 c ₂ , líneas rojas). En teoría, la concentración de Ni ²⁺ proporcionado por NiCl ₂ (400 g / L) fue mucho mayor de lo deseado, lo que en cambio destacó la falta de Cl ^- ; luego, una gran cantidad de Ni ²⁺ electrodepositado en el cátodo durante un corto período de tiempo resultó en Ni ₅₇₀ Los nanoconos crecieron demasiado rápido para presentar las características del trastorno local, pero emergieron con una estructura de cono.

Imágenes SEM de bajo y alto aumento del cátodo que se electrodepositaron en diferentes NiCl ₂ concentraciones:0 g / L ( a ₁ , un ₂ ), 200 g / L ( b ₁ , b ₂ ) y 400 g / L ( c ₁ , c ₂ ), respectivamente

Efecto de H ₃ BO ₃

En la serie de experimentos, H ₃ BO ₃ era el papel del regulador de pH, dado que el boro (B) era un átomo deficiente en electrones, podía combinarse con iones de raíz de oxígeno hidrógeno (OH ^- ) de las moléculas de agua y, por lo tanto, liberan iones de hidrógeno (H ⁺ ) (Ecuación 1).

$$ \ mathrm {B} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 3 + {\ mathrm {H}} _ 2 \ mathrm {O} \ to \ mathrm {B} {\ left (\ mathrm {OH} \ right)} _ 4 ^ {-} + {\ mathrm {H}} ^ {+} $$ (Ec. 1)

La Figura 6 muestra las imágenes SEM de bajo y alto aumento del cátodo que se electrodepositaron de diferentes H ₃ BO ₃ concentraciones:0 g / L (Fig.6 a ₁ y un ₂ ), 25 g / L (Fig. 6 b ₁ y b ₂ ), 50 g / L ((Fig. 6c ₁ y c ₂ ), respectivamente. En la Fig. 6a ₁ , se pudo ver claramente que el cátodo estaba cubierto con una capa de electrodeposición relativamente plana, y algunas áreas tenían leves protuberancias (Fig. 6 a ₂ ), pero no Ni ₃₂₀ estructura de nanoconos en general. Cuando no había H ₃ BO ₃ en la solución, solo se produciría una reacción de agua electrolizada cerca del cátodo, por lo que la solución estaba generalmente en un estado de equilibrio ácido-base, y Ni ²⁺ eran casi inmunes a la influencia de OH ^- o H ⁺ , lo que da como resultado una capa de electrodeposición plana. Añadiendo H ₃ BO ₃ a 25 g / L en la solución, pudimos observar una enorme cantidad obvia de Ni ₃₄₅ estructura de nanoconos de la Fig.6 b ₁ , mientras que la tendencia de la textura era compleja, los bordes y las esquinas eran claros (Fig. 6b ₂ ). Esto se debió a la adición de H ₃ BO ₃ , que proporcionó más H ⁺ cerca del cátodo, lo que resulta en un ambiente de acidez débil. Cuando la concentración de H ₃ BO ₃ en la solución alcanzó 50 g / L, el tamaño de Ni ₃₇₀ nanocone se redujo, en comparación con Ni ₃₄₅ nanoconos, pero la textura de la superficie era más suave. Esto se debió a la gran cantidad de H ₃ BO ₃ , lo que hizo que la solución pareciera débilmente ácida (ligeramente más ácida que la anterior), el exceso de H ⁺ afectado el tamaño de Ni ₃₇₀ nanoconos pero hicieron que la superficie fuera más regular.

Imágenes SEM de bajo y alto aumento del cátodo que se electrodepositaron a diferentes H ₃ BO ₃ concentraciones:0 g / L ( a ₁ , un ₂ ), 25 g / L ( b ₁ , b ₂ ) y 50 g / L ( c ₁ , c ₂ ), respectivamente

En general, el tamaño de las nanoconas de Ni no fue una relación proporcional a la cantidad de H ₃ BO ₃ en la solución. Esto podría ser que cuando la solución estaba libre de H ₃ BO ₃ , el OH cargado negativamente ^- interfirió con la electricidad positiva Ni ²⁺ , que afectó el movimiento de Ni ²⁺ . Por otro lado, cuando una gran cantidad de H ₃ BO ₃ se presentó en la solución, una gran cantidad de H ⁺ uniría la superficie del cátodo para generar hidrógeno (H ₂ ), pero debido al pequeño tamaño de H ⁺ en sí, la influencia sobre la nanoestructura de las nanoconas de Ni fue bastante limitada.

Conclusión

En resumen, hemos sintetizado con éxito nanoconas de Ni mediante un proceso de electrodeposición en la solución que contiene NiCl ₂ , NaCl y H ₃ BO ₃ . Los resultados han demostrado que el producto intermedio era un complejo especial, que aún se presentaba después de la reacción y tenía poca resistencia a altas temperaturas, y que las nanoconas de Ni eran Ni puro con estructura fcc, que crecían principalmente a lo largo de la cara cristalina (220). Además, la estructura específica del producto intermedio fue respaldada por sistemas teóricos maduros conocidos, se investigó la nanoestructura y el proceso de electrodeposición de los productos, y se discutió el probable mecanismo de formación de nanoconas de Ni en base a los resultados experimentales. Mientras tanto, descubrimos que la nanoestructura de las nanoconas de Ni podría controlarse ajustando las condiciones experimentales como la concentración de NiCl ₂ , NaCl y H ₃ BO ₃ , respectivamente. Por lo tanto, el establecimiento de parámetros apropiados fue un punto clave para la síntesis de cristales de Ni con estructura de nanoconas a través de este enfoque de electrodeposición. Además, esperábamos que esta nueva estrategia podría extenderse a algunos otros metales magnéticos para sintetizar una estructura de nanoconas controlable.