臺灣博碩士論文加值系統

本論文中將探討鈀奈米粒子應用在化學鎳鍍浴之動力學與微構造對催化作用與其電化學之分析。線性掃描伏安法(linear sweep voltammetry, LSV)之分析結果證實，當鈀奈米粒子的使用量增加時，化學鍍浴中還原劑氧化反應電流峰也相對增強，此結果說明鈀奈米粒子具有極佳的催化能力，可應用於化學鎳鍍浴。此外，利用混合電位理論法(mixed potential theory, MPT)分析發現，鈀奈米粒子的使用量從2µl增加到5µl時，鎳沉積速率可從6.31×10-2 �慊/cm2.s 增加至9.11×10-2 �慊/cm2.s。但將等量奈米活化劑以電化學石英晶體微天平(electrochemical quartz crystal microgravimetry, EQCM)即時監控所測得的實際發生沉積速率，卻較混合電位理論法之理論值快，此結果說明當電位達到平衡時，在混合電位理論中不能忽略氫及磷的沉積有關之陰極電流。另外以場發射掃描式電子顯微鏡(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)所獲得之資訊也證實，鎳晶體在以EQCM測量的前導時間後，才會連續沉積，並且所沉積鎳層晶粒的尺寸最窄分佈在大約在沉積時間開始後120秒時觀察到。此外，藉由較高濃度之鈀奈米粒子之催化，發現較高容量的磷沉積層存在於沉積層的微構造中。
再者，開發高活性之新奈米活化液也是本論文另一個研究項目，在本研究中，利用界面活性劑-硫酸十二酯鈉(sodium n-dodecyl sulfate, SDS)為奈米模板，並藉由加入氫離子來調整模板之靜電排斥力並調節聚合，已成功製備出利用模板自組裝行為之多孔性鈀奈米球，且透過控制加入之鈀鹽的濃度，可將自組裝之鈀奈米球直徑控制約為41.5nm至56.2nm的範圍。利用石英晶體微量天平(quartz crystal microbalance, QCM)與混合電位理論之分析結果證實，多孔性之鈀奈米球具有極佳之活性，可應用作為化學鍍鎳之活化液。另外，比較不同尺寸之鈀奈米球之活性，發現小尺寸之鈀奈米球對次磷酸鈉的氧化活性最大。

Active colloids responsible for charge transfer and electron transfer in electroless metal bath me investigated in this study. Herein, the electrochemical analysis for the catalytic effect of Pd nanoparticles on deposition kinetic and microstructure in the electroless nickel-phosphorous bath was studied. As supported by linear sweep voltammetry (LSV), the currents for oxidation peaks corresponding to Pd nanoparticles upon increasing amount are measured to be enhanced. The result shows that Pd nanoparticles have excellent catalytic power in electroless nickel-phosphorous depositions (ENpD) bath. In addition, the deposition rate, analyzed by mixed potential theory (MPT), was found to increas from 6.31×10-2 �慊/cm2.s to 9.11×10-2 �慊/cm2.s. However, based on the same quantity of nanocatalyst, the deposition rates, which are in-situely monitored by electrochemical quartz crystal microgravimetry (EQCM), are measured to be faster than theoretical value given by deduced from conclude MPT. The results that that the cathodic currents for depositing hydrogen and phosphorous in the mixed potential theory could not be neglected upon reaching the equilibrium potential. As for an additional information, supported by field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the continuous growth of nickel crystal was found after the induction time measured by EQCM. The narrowest distribution of nanosize grain was obtained at 120 seconds. In addition, the deposited layer of P with higher content was found to exist in the deposited microstructure catalyzed by the Pd nanoparticles at high concentration.
Furthermore, mesoporous and self-assembled Pd nanopsheres have been prepared in the organized micellar template, sodium n-dodecyl sulfate (SDS), the electrostatic regulation of which was adjusted by adding H+ ions. The diameter of self-assembled nanospheres can be controlled from ~41.5nm to ~56.2 nm by the concentration of palladium ions added. As supported by the analysis of quartz crystal microgravimetry and mixed potential theory, the mesoporous nanospheres can be successfully used as activators and have the excellent activity for electroless nickel-phosphorous depositions. A comparison of deposition rate with a system of Pd nanospheres, the Pd nanosphere with small size was found to exhibit maximum activity toward oxidation of NaH2PO2, reducing agent of ENpD.

目 錄
摘 要 I
ABSTRACT III
目 錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 緒 論 1
第二章 背景簡介及文獻回顧 3
2-1 化學鍍鎳之工藝 3
2-1-1 化學鍍鎳之沿革 4
2-1-2 化學鍍鎳原理 4
2-1-3 化學鍍鎳的應用 6
2-2 化學鍍鎳活化液 8
2-2-1 分步活化法 8
2-2-2 錫鈀膠體 9
2-3 化學鍍鎳特性分析法 12
2-3-1 石英晶體微天平(quartz crystal microgravimetry, QCM) 12
2-3-2 混合電位理論(mixed-potential theory, MPT) 13
2-4 奈米材料技術 16
2-4-1奈米材料定義 16
2-4-2 奈米材料的特性 17
2-4-3 金屬奈米粒子製備方法 20
2-4-4 金屬奈米粒子保護劑-界面活性劑 23
2-5 研究動機 25
第三章 鈀奈米粒子應用在化學鍍鎳的活化作用 27
3-1 前言 27
3-2 實驗方法 28
3-2-1 鈀奈米粒子之製備 28
3-2-2 沉積動力學之電化學分析 29
3-2-3 化學鍍鎳之微構造分析 30
3-3 結果與討論 32
3-3-1 沉積動力學 33
3-3-2 形態 40
3-4 結論 46
第四章 自組裝多孔鈀奈米球製備-鎳化學鍍的高效活化液 47
4-1 前言 47
4-2 實驗方法 48
4-2-1 自行組裝之鈀奈米球之特性與配製 48
4-2-2 電化學測量分析 49
4-3 結果與討論 50
4-4 結論 58
第五章 總結 59
參考資料 61


圖目錄
圖1 錫鈀膠體配製流程 11
圖2 化學鍍之混合電位理論圖 15
圖3 奈米材料製備方式 21
圖4 界面活性劑基本結構 23
圖5 微胞結構（a）球形結構；（b）雙層球形結構；（c）及（d）為柱狀和層狀結構 24
圖6 不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子分散在石英晶體微天平電極上之場發射之掃描電子顯微鏡分析圖 (A) 2µl; (B) 3µl;(C)4µl;(D)5µl 32
圖7 化學鎳浴被不同量之鈀奈米粒子催化之線性掃描伏特陽極電化學分析 33
圖8 為不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子催化化學鍍鎳浴之電化學電流電位曲線圖 34
圖9 不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子催化化學鍍鎳浴之電化學石英晶體微天平法分析圖。A:開放電位圖 B:反應鍍速率圖 37
圖10 混合電位法與化學石英震盪天平法分析鈀奈米粒子應用作為活化粒子催化化學鍍鎳之沉積速率結果比較圖 38
圖11 混合電位法與化學石英震盪天平法分析之沉積速率比例變化圖 39
圖 12 混合電位法與化學石英震盪天平法分析鈀奈米粒子應用作為活化粒子催化化學鍍鎳之混和電位結果比較圖 40
圖13 不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子時之催化化學鍍鎳層在沉積時間15, 33, 120與 200秒時之掃描電子顯微鏡分析圖 44
圖14 所製備之自組裝多孔性鈀奈米球之TEM圖 (A) Pd1 (B) Pd2 (C) Pd3 52
圖15 加入的鈀鹽濃度變化對自組裝鈀奈米球平均粒徑之影響 53
圖16 自組裝鈀奈米球之X 射線光電子光譜學 54
圖17 石英晶體微天平分析不同鈀奈米球與錫鈀膠體做為活化粒子時對化學鎳動力學變化圖 55
圖18 混合電位法分析化學鍍鎳浴在被Pd1、Pd2、Pd3催化之電化學分析圖 58


表目錄
表1 化學鍍鎳的用途及目地的 7
表2 錫鈀膠體配方 9
表3 奈米微粒與表面原子數及比表面積關係 18
表4 奈米材料製備物理方法與化學方法之優缺點 22
表5 應用線性掃描伏特法、混和電位法與電化學石英晶體微天平法來分析化學鍍鎳之鍍浴組成 31
表6 混合電位分析法分析不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子催化化學鍍鎳之電化學結果表。 36
表7 不同量之鈀奈米粒子應用作為活化粒子時之催化化學鍍鎳層之元素繞射X-光譜之分析整理表 45
表8 利用石英晶體微天平法與混合電位法分析化學鍍鎳結果整理表 56

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