在纳米多孔金中产生分层设计的多功能技术

在自然界中经常看到，分层多孔结构已被在纳米尺度上模仿，以改变材料的物理特性以提高性能¹。各种长度尺度的相互连接的结构元件是多^{孔材料分层}结构的特征2。脱合金纳米多孔金属通常具有单峰孔径分布;因此，已经设计了多种技术来生产具有两个独立孔径范围的分层双峰多孔结构³。材料设计方法的两个基本目标，即功能化的大比表面积和快速传输途径，它们是不同的，并且本质上相互冲突，通过具有结构层次结构^的功能材料来实现4^，5。

电化学传感器的性能由电极形态决定，因为纳米基质的孔径对于分子传输和捕获至关重要。已经发现小孔有助于复杂样品中的靶标识别，而较大的孔可增强靶分子的可及性，从而增加传感器的检测范围⁶。基于模板的制造、电镀、自下而上的合成化学、薄膜溅射沉积⁷、基于聚二甲基硅氧烷载体的复杂柔性基质⁸、各种金属的合金化和低贵金属的选择性蚀刻和电沉积是经常用于将纳米结构引入电极的一些方法。创建多孔结构的最佳方法之一是脱合金程序。由于溶解速率的差异，牺牲金属（贵金属含量较低）会显着影响电极的最终形态。孔隙和韧带的互连网络来自创建纳米多孔金（NPG）结构的有效过程，其中贵金属含量较低的成分选择性地从起始合金中溶解出来，其余原子重组^和巩固9。

Ding和Erlebacher用于制造这些纳米结构的脱钙/电镀/再脱合金的方法涉及首先使用硝酸对由金和银组成的前驱体合金进行化学脱钙，然后在较高温度下加热，具有单个孔径分布以创建上层分层，并使用第二次脱合金去除剩余的银以产生较低的分层水平。该方法适用于薄膜¹⁰。Biener等人建议使用三元合金，三元合金由两种反应性相对较高的贵金属组成，一次被侵蚀掉一种;Cu和Ag最初从Cu-Ag-Au材料中去除，留下双峰结构的低密度NPG样品¹¹。长程有序结构不是通过使用三元合金概述的程序生产的。通过提取Zhang等人采用的Al-Au母合金的一个相，产生了更大的孔隙，该母合金产生了最小阶数为¹²的双峰结构。据报道，通过使用包括拆卸散装材料和将基本组件组合成更大结构的加工途径，通过控制几个长度尺度，已经创建了一个有序的分层结构。在这种情况下，通过直接墨水书写（DIW），合金化和脱合金13制成了分层NPG结构。

本文提出了一种采用各种Au-Ag合金成分制备多级双峰纳米多孔金（hb-NPG）结构的两步脱合金方法。从理论上讲，低于该反应元素的活性元素量是分质极限。表面扩散动力学受分化极限或脱合金阈值的轻微影响，对于二元合金中反应性更强的组分的电解溶解，该阈值通常在 50 到 60 原子百分比之间。Au：Ag合金中Ag的大原子分数对于成功合成hb-NPG是必要的，因为在接近分型极限¹⁴的低浓度下，电化学和化学脱合金过程都无法成功完成。

这种方法的好处是可以严格控制结构和孔径。协议中的每个步骤对于微调典型的孔隙率长度尺度和韧带之间的典型距离至关重要¹⁵.为了调节离子界面扩散和溶解的速率，要仔细校准施加的电压。为了防止脱合金过程中开裂，控制了银的溶解速率。