本發(fā)明涉及微納米材料與器件技術(shù)領域，尤其是涉及一種微納米發(fā)動機及其制備方法。

背景技術(shù)：

人造的可以自驅(qū)動的微納米發(fā)動機是當前微納米技術(shù)和材料科學研究的熱點。這些能夠自驅(qū)動的微納米機器人和微納米發(fā)動機等能夠為生物醫(yī)學和環(huán)境問題提供新的解決方法和思路。早在半個多世紀前，著名美國物理學家feynman就提出了發(fā)展可以自由運動的微納米裝置的概念。最早在2002年，美國哈佛大學的whitesides等人以鉑薄膜催化分解過氧化氫溶液產(chǎn)生的氧氣泡作為推動力，對漂浮在水面上的厘米級的漂浮物，實現(xiàn)了自推進。隨后，一系列形態(tài)各異，具有不同推進機制和功能的微納米發(fā)動機得以發(fā)展。自電泳和自擴散泳原理推進的雙節(jié)桿狀納米馬達最先被發(fā)展起來，但是它們不能在高離子濃度溶液中運動，所以氣泡推進的微納米馬達又得到了發(fā)展。

德國的schmidt等人采用電子束蒸發(fā)沉積設備制備了多種管狀的微米發(fā)動機，并且驗證了它們在環(huán)境和生物醫(yī)學等方面的應用。美國加州大學的wang等人使用電化學沉積的方法發(fā)展了一些管狀的鉑推進的微米級的發(fā)動機。直到現(xiàn)在為止大部分自推進的催化微納米發(fā)動機都得依賴高催化活性的鉑作為催化劑來推進。由于鉑金屬的稀有，昂貴和在多種生理溶液與自然水體中容易失活等缺點，人們開始開發(fā)其他材料來替代鉑作為微納米發(fā)動機的催化劑。

由于二氧化錳材料具有比較好的環(huán)境兼容性，不容易失活，同時也能催化雙氧水分解，自2011年以來，人們陸續(xù)開發(fā)了多種基于二氧化錳催化的微納米發(fā)動機。二氧化錳催化雙氧水分解的活性沒有鉑催化劑高，這類微納米發(fā)動機通常效率低，速度慢，或者需要較高濃度的雙氧水燃料溶液來推進，因此提高和改進二氧化錳對雙氧水的催化特性，通過形貌和幾何設計來提高二氧化錳催化的微納米發(fā)動機的性能以取代鉑顯得非常具有應用價值。這些二氧化錳推進的微納米發(fā)動機將會在藥物運輸，細胞分離，微納米手術(shù)，微流體檢測芯片，微型機器人，環(huán)境監(jiān)測和治理等方面顯示出巨大的應用潛力。因此，提高這些二氧化錳微納米馬達的運動速度，推進力，和對雙氧水燃料濃度的適用范圍是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種微納米發(fā)動機的制備方法，本發(fā)明制備得到的微納米發(fā)動機運動速度快，并且燃料濃度的適應范圍非常廣。

本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機的制備方法，包括：

a)在多孔模板上沉積金屬，得到導電模板；

b)將包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液作為第一電鍍液，在以導電模板作為工作電極的三電極體系電鍍池中將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上；

c)將包含高錳酸根離子的電解質(zhì)溶液作為第二電鍍液，在步驟b)去除第一電鍍液的三電極體系的電鍍池中電還原沉積二氧化錳至導電模板的孔內(nèi)壁上；

d)去除所述導電模板上的金屬層以及導電模板，得到微納米發(fā)動機。

優(yōu)選的，步驟a)所述金屬選自金、鈦、鋁、鐵、銅和鎳中的一種或幾種；所述多孔模板為聚碳酸酯膜或陽極氧化鋁膜。

優(yōu)選的，所述氧化石墨烯為單層氧化石墨烯；所述氧化石墨烯的濃度為0.01～1mg/ml。

優(yōu)選的，所述第二電鍍液為高錳酸鉀溶液或高錳酸鉀溶液和硝酸銀的混合溶液。

優(yōu)選的，所述高錳酸鉀溶液的濃度為0.002～0.2mol/l；所述混合溶液中高錳酸鉀溶液的濃度為0.002～0.2mol/l，硝酸銀溶液的濃度為0.0002～0.02mol/l。

優(yōu)選的，所述電鍍的方式為恒電流法或循環(huán)伏安法；所述恒電流的參數(shù)為：-0.5ma～-2.5ma；循環(huán)伏安的參數(shù)為+0.3v～-1.5v，循環(huán)次數(shù)為4～20，循環(huán)速率為10mv/s～200mv/s。

優(yōu)選的，步驟b)后還可以包括將磁性材料電鍍沉積至所述導電模板孔內(nèi)的石墨烯管的內(nèi)壁上；所述磁性材料選自鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述去除導電模板上的金屬層的方法具體為：采用氧化鋁泥漿去除導電模板上的金屬層；所述去除導電模板的的方法具體為：將模板溶解在二氯甲烷或氫氧化鈉溶液中。

優(yōu)選的，所述三電極體系中對電極為鉑絲電極；參比電極為銀/氯化銀電極。

本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機，由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機的制備方法，包括：a)在多孔模板上沉積金屬，得到導電模板；b)將包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液作為第一電鍍液，在以導電模板作為工作電極的三電極體系電鍍池中將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上；c)將包含高錳酸根離子的電解質(zhì)溶液作為第二電鍍液，在步驟b)去除第一電鍍液的三電極體系的電鍍池中電還原沉積二氧化錳至導電模板的孔內(nèi)壁上；d)去除所述導電模板上的金屬層以及導電模板，得到微納米發(fā)動機。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用陰極電化學還原沉積方法制備基于二氧化錳類的微納米發(fā)動機。具體為利用一面沉積了金屬的多孔模板依次在孔內(nèi)電化學沉積氧化石墨烯功能性部分和二氧化錳類材料催化推進部分，最終制備得到微納米發(fā)動機。本發(fā)明得到的微納米發(fā)動機在低濃度雙氧水燃料溶液中具有非常高的運動速度。并且燃料濃度的適應范圍非常廣。它同時克服了鉑催化微納米發(fā)動機的環(huán)境兼容性差和二氧化錳類微納米發(fā)動機的高燃料濃度和低速度的缺點，在生物醫(yī)學和環(huán)境治理等領域具有巨大的應用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例2制備得到的電還原氧化石墨烯外層/銀摻雜二氧化錳內(nèi)層的管狀微米發(fā)動機的掃描電子顯微鏡照片；

圖2為本發(fā)明實施例2制備得到的管狀微米發(fā)動機在0.3％的雙氧水濃度下的運動視頻的截圖，標尺是100μm；

圖3為本發(fā)明制備得到的微納米發(fā)動機在雙氧水的運動示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機的制備方法，包括：

a)在多孔模板上沉積金屬，得到導電模板；

b)將包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液作為第一電鍍液，在以導電模板作為工作電極的三電極體系電鍍池中將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上；

c)將包含高錳酸根離子的電解質(zhì)溶液作為第二電鍍液，在步驟b)去除第一電鍍液的三電極體系的電鍍池中電還原沉積二氧化錳至導電模板的孔內(nèi)壁上；

d)去除所述導電模板上的金屬層以及導電模板，得到微納米發(fā)動機。

本發(fā)明首先在多孔模板上沉積金屬，得到導電模板。優(yōu)選具體為：在多孔模板的一側(cè)沉積金屬，得到微納米發(fā)動機的導電模板。本發(fā)明對于所述沉積的具體方式不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的沉積方式即可；優(yōu)選可以為蒸發(fā)沉積。

本發(fā)明對于多孔模板不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的多孔模板即可。優(yōu)選可以為聚碳酸酯膜或陽極氧化鋁膜；更優(yōu)選為聚碳酸酯膜。

本發(fā)明對于上述多孔模板的具體來源和制備方式不進行限定，可以為市售，可以為本領域常規(guī)方法制備。如用陽極氧化的方法制備陽極氧化鋁膜：將鋁片作為工作電極，在工作電極上加正的電壓，在含有特定電解質(zhì)溶液里鋁片氧化成多孔的氧化鋁膜。

在本發(fā)明中，所述金屬選自金、鈦、鋁、鐵、銅和鎳中的一種或幾種；更優(yōu)選為金、鈦、鋁和鎳中的一種或幾種；最優(yōu)選為金。

將包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液作為第一電鍍液，在以導電模板作為工作電極的三電極體系中將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上。

得到導電模板后，將所述導電模板作為工作電極，與參比電極和對電極和電鍍池連接到電化學工作站上，即為三電極體系。其中，沉積金屬的一面作為工作電極與鋁箔接觸，非沉積金屬的一面面向電解質(zhì)溶液。

本發(fā)明采用的是陰極還原的方法，因此本發(fā)明的導電模板作為陰極。本發(fā)明對于對電極和參比電極的具體組成不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的即可。優(yōu)選的，所述對電極為鉑絲電極；所述參比電極為銀/氯化銀電極。更優(yōu)選的，所述參比電極為氯化鉀溶液作為電解質(zhì)的銀/氯化銀參比電極。

電鍍的方式優(yōu)選為恒電流法或循環(huán)伏安法；所述恒電流的參數(shù)優(yōu)選為：-0.5ma～-4ma；更優(yōu)選為-1ma～-3ma；所述循環(huán)伏安的參數(shù)優(yōu)選為+0.3v～-1.5v，所述循環(huán)次數(shù)優(yōu)選為4～20；更優(yōu)選為5～7；最優(yōu)選為5，所述的循環(huán)速率為10mv/s到200mv/s,優(yōu)選的為30mv/s到100mv/s，最優(yōu)選的為50mv/s。

本發(fā)明所述第一電鍍液為包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液；所述氧化石墨烯優(yōu)選為單層氧化石墨烯；更優(yōu)選為80～100nm的單層氧化石墨烯；最優(yōu)選為90nm單層氧化石墨烯。所述氧化石墨烯的濃度優(yōu)選為0.01～1mg/ml；更優(yōu)選為0.05～0.8mg/ml；最優(yōu)選為0.1～0.6mg/ml。

本發(fā)明的電鍍液優(yōu)選還可以為單壁碳納米管、多壁碳納米管等碳材料。

本發(fā)明對于所述氧化石墨烯的來源不進行限定，可以是市售。

本發(fā)明所述第一電鍍液優(yōu)選還包括硫酸鈉和硫酸。所述硫酸鈉的濃度優(yōu)選為0.3～0.8mol/l；更優(yōu)選為0.4～0.7mol/l；最優(yōu)選為0.5～0.7mol/l。所述的的硫酸的濃度優(yōu)選為0.05到1mol/l，更優(yōu)選的為0.08到0.3mol/l,最優(yōu)選的為0.1mol/l。

在所述氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液中添加硫酸鈉和硫酸可以提高電解質(zhì)溶液的導電性。

本發(fā)明將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上，得到的導電模板孔內(nèi)的氧化石墨烯外層材料為管狀結(jié)構(gòu)，即為在導電模板的孔內(nèi)電鍍一層管狀氧化石墨烯，該層材料是不與雙氧水反應的物質(zhì)，作為本發(fā)明即將制備的微納米發(fā)動機的外層材料。

將包含高錳酸根離子的電解質(zhì)溶液作為第二電鍍液，在步驟b)去除第一電鍍液的三電極體系中使用陰極電流電化學還原沉積二氧化錳至導電模板的孔內(nèi)壁的石墨烯管的內(nèi)壁上。

上述電鍍完成后，優(yōu)選倒掉第一電鍍液，清洗電鍍池。本發(fā)明對于所述清洗的具體方式和手段不進行限定，本領域技術(shù)人員公知的即可。

本發(fā)明所述第二電鍍液優(yōu)選為高錳酸鉀溶液或高錳酸鉀溶液和硝酸銀的混合溶液。

其中，高錳酸鉀溶液電鍍得到的為單一組分的二氧化錳；而高錳酸鉀溶液和硝酸銀的混合溶液電鍍得到的是銀摻雜的二氧化錳。

第二電鍍液為高錳酸鉀溶液時，所述高錳酸鉀溶液的濃度優(yōu)選為0.002～0.2mol/l；更優(yōu)選為0.01～0.18mol/l；最優(yōu)選為0.01～0.05mol/l；

第二電鍍液為混合溶液時，所述高錳酸鉀溶液的濃度為0.002～0.2mol/l；更優(yōu)選為0.01～0.18mol/l；最優(yōu)選為0.01～0.05mol/l；所述混合溶液中硝酸銀溶液的濃度優(yōu)選為0.0002～0.02mol/l；更優(yōu)選為0.001～0.018mol/l；最優(yōu)選為0.002～0.015mol/l。

電鍍的方式優(yōu)選為恒電流法或循環(huán)伏安法；所述恒電流的參數(shù)優(yōu)選為：-0.5ma～-4ma；更優(yōu)選為-1ma～-3ma；所述循環(huán)伏安的參數(shù)優(yōu)選為+0.3v～-1.5v，所述循環(huán)次數(shù)優(yōu)選為4～20；更優(yōu)選為4～10；最優(yōu)選為5；所述的循環(huán)速率為10mv/s～100mv/s，更優(yōu)選為30mv/s～70mv/s，最優(yōu)選的為50mv/s。

本發(fā)明對于所述高錳酸鉀和硝酸銀的來源不進行限定，優(yōu)選為市售。

本發(fā)明將二氧化錳或銀摻雜的二氧化錳沉積至上述氧化石墨烯外層材料的內(nèi)部，得到的發(fā)動機為管狀或柱狀結(jié)構(gòu)，即為若二氧化錳或銀摻雜的二氧化錳為中空管狀結(jié)構(gòu)，則微納米發(fā)動機為雙層管狀結(jié)構(gòu)，若二氧化錳或摻雜的二氧化錳為實心桿狀結(jié)構(gòu)，得到的微納米發(fā)動機為雙層桿狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明銀摻雜的二氧化錳具有層級的粗糙多孔的微觀結(jié)構(gòu)，使得具有巨大的比表面積，因而可以產(chǎn)生高的對雙氧水分解的催化活性。

若本發(fā)明得到的是雙層管狀結(jié)構(gòu)的微納米發(fā)動機，優(yōu)選還包括將磁性材料電鍍沉積至所述導電模板的孔內(nèi)壁上；此時由內(nèi)向外依次為磁性材料層-二氧化錳層-氧化石墨烯外層。

所述磁性材料優(yōu)選選自鐵、鈷和鎳中的一種或幾種。本發(fā)明對于所述電鍍的具體參數(shù)不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的即可，優(yōu)選可以為恒電流法或循環(huán)伏安法；所述恒電流的參數(shù)優(yōu)選為：-1ma～-4ma；更優(yōu)選為-1ma～-3ma；所述循環(huán)伏安的參數(shù)優(yōu)選為0.3v～1.5v，所述循環(huán)次數(shù)優(yōu)選為4～8；更優(yōu)選為5～7；最優(yōu)選為5。

此時，微納米發(fā)動機具有磁回收和磁操控性能。電鍍完成后，優(yōu)選倒掉第二電鍍液，清洗并拆開電鍍池，取出模板。本發(fā)明對于所述清洗和拆卸的具體方式和手段不進行限定，本領域技術(shù)人員公知的即可。

取出模板后，去除所述導電模板上的金屬層以及導電模板，得到微納米發(fā)動機。

在本發(fā)明中，所述去除導電模板上的金屬層的方法具體為：采用氧化鋁泥漿去除導電模板上的金屬層；更優(yōu)選具體為：采用氧化鋁泥漿研磨去除導電模板上的金屬層。

本發(fā)明對于去除導電模板的金屬層的具體泥漿不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的即可。

去除金屬層后，優(yōu)選將模板溶解在二氯甲烷或氫氧化鈉溶液中；更優(yōu)選具體為將模板放到離心管中，添加二氯甲烷或氫氧化鈉溶液作為溶劑，經(jīng)過多次離心清洗分離，得到微納米發(fā)動機。

本發(fā)明對于所述離心管和離心的具體參數(shù)不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的即可。本發(fā)明所述清洗的溶劑優(yōu)選具體為乙醇和純水。本發(fā)明對于清洗的具體步驟不進行限定，本領域技術(shù)人員熟知的即可。

得到微納米發(fā)動機后，優(yōu)選儲存在純水中。

本發(fā)明所述微納米發(fā)動機的直徑可以通過選擇模板的孔的內(nèi)徑以及電鍍的參數(shù)來調(diào)節(jié)。

為了展現(xiàn)本發(fā)明微納米發(fā)動機的運動情況，優(yōu)選將本發(fā)明制備得到的微納米發(fā)動機轉(zhuǎn)移到不同濃度的雙氧水中，利用內(nèi)層沉積的二氧化錳或者銀摻雜的二氧化錳與雙氧水的反應產(chǎn)生的氣泡反推動原理，在非對稱的推進力的作用下，本發(fā)明制備得到的管狀或者桿狀的微納米發(fā)動機能自由運動。

本發(fā)明所述雙氧水溶液的濃度優(yōu)選為0.2％～30％。

本發(fā)明燃料濃度的適應范圍非常廣，在上述0.2％～30％濃度范圍均有良好的運動速度。

圖3為本發(fā)明制備得到的微納米發(fā)動機在雙氧水的運動示意圖。

本發(fā)明優(yōu)選采用如下方式對制備得到的微納米發(fā)動機的運動速度進行測定：

采用光學顯微鏡觀察微納米發(fā)動機在溶液中的運動，并對其運動進行錄像，然后利用圖像處理軟件對拍攝的微納米發(fā)動機的運動錄像進行分析和計算。對多個微納米發(fā)動機在同一濃度的溶液中的運動速度進行統(tǒng)計，并計算其平均值就是該燃料濃度下的微納米發(fā)動機的運動速度。

本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機，由上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

本發(fā)明還提供了一種上述技術(shù)方案所述的制備方法制備得到的微納米發(fā)動機在生物醫(yī)學和環(huán)境領域中的應用。

本發(fā)明中，催化劑材料是采用陰極電化學還原沉積的方法電鍍到管狀材料的內(nèi)壁上-，這意味著，外層材料不會被氧化或者溶解掉。這是陰極還原電化學沉積相對于陽極氧化電化學沉積的一個優(yōu)點，所以電化學還原沉積的方法可以制備非貴重金屬外殼的雙層管狀微納米發(fā)動機。這種陰極沉積的二氧化錳類催化材料具有非常高的催化活性，原材料廉價，制備方法簡單，同時具有非常高的拓展性，能利用的燃料濃度范圍廣等優(yōu)點。因而這類微納米發(fā)動機在低濃度的雙氧水溶液中具有比較高的運動速度，這對于替代昂貴稀有易失活的鉑催化劑材料來構(gòu)筑微納米發(fā)動機，具有極其重要的意義。

本發(fā)明的基于二氧化錳的催化材料和陰極電化學沉積的制備方法能夠制備一系列的低成本，高性能的微納米發(fā)動機，這對于解決生物醫(yī)學和環(huán)境相關的問題，具有重要意義。

本發(fā)明提供了一種微納米發(fā)動機的制備方法，包括：a)在多孔模板上沉積金屬，得到導電模板；b)將包含氧化石墨烯的電解質(zhì)溶液作為第一電鍍液，在以導電模板作為工作電極的三電極體系電鍍池中將氧化石墨烯電鍍沉積至導電模板的孔內(nèi)壁上；c)將包含高錳酸根離子的電解質(zhì)溶液作為第二電鍍液，在步驟b)去除第一電鍍液的三電極體系的電鍍池中電還原沉積二氧化錳至導電模板的孔內(nèi)壁上；d)去除所述導電模板上的金屬層以及導電模板，得到微納米發(fā)動機。本發(fā)明創(chuàng)造性的利用陰極電化學還原沉積方法制備基于二氧化錳類的微納米發(fā)動機。具體為利用一面沉積了金屬的多孔模板依次在孔內(nèi)電化學沉積氧化石墨烯功能性部分和二氧化錳催化推進部分，最終制備得到微納米發(fā)動機。本發(fā)明得到的微納米發(fā)動機在低濃度雙氧水燃料溶液中具有非常高的運動速度。它同時克服了鉑催化微納米發(fā)動機的環(huán)境兼容性差和二氧化錳類微納米發(fā)動機的高燃料濃度和低速度的缺點，在生物醫(yī)學和環(huán)境治理等領域具有巨大的應用前景。

本發(fā)明對于電鍍所用的電鍍池不進行限定，可以為市售，也可以按照本領域技術(shù)人員熟知的方法制備，優(yōu)選可以為如manganeseoxide-basedchemicallypoweredmicromotors公開的電鍍池，使用本發(fā)明的電鍍液和電鍍參數(shù)即可。

為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的微納米發(fā)動機及其制備方法進行詳細描述。

實施例1

使用多孔的聚碳酸酯過濾膜作為模板，在膜的一面蒸發(fā)沉積一層金，作為制備微納米發(fā)動機的導電模板。將噴金的聚碳酸酯膜模板放到本發(fā)明所述的電化學電鍍池里面，噴金的一面與鋁箔接觸作為工作電極，不噴金的一面面向電鍍池的電解質(zhì)溶液，將與噴金面多孔過濾膜模板接觸的鋁箔連接到電化學工作站的工作電極，在電鍍池的電解質(zhì)溶液中插入鉑絲電極作為對電極和銀/氯化銀電極作為參比電極，并且與電化學工作站連接起來。利用工作電極表面的氧化還原電化學反應。

采用氧化石墨烯的電鍍液含有0.1g/l的單層納米尺寸的氧化石墨烯，并且含有0.1mol/l的硫酸和0.5mol/l的硫酸鈉電解質(zhì)。利用循環(huán)伏安法，在+0.3v到-1.5v的電壓區(qū)間實施5個循環(huán)，循環(huán)速率為50mv/s,就可以得到電還原的氧化石墨烯外層。

使用含有高錳酸鉀的溶液作為電鍍液，高錳酸鉀溶液的濃度為0.02mol/l。利用-1ma的陰極電流，采用恒電流法在沉積了電還原的氧化石墨烯管內(nèi)電鍍二氧化錳層。在恒定的陰極電流的作用下，20分鐘-1ma的陰極電流電鍍能形成非常良好的雙層管狀微納米發(fā)動機結(jié)構(gòu)。

傾倒電鍍了二氧化錳的高錳酸鉀電解質(zhì)溶液，拆開電鍍池，取出經(jīng)過兩步電鍍沉積的多孔模板，用含有微米尺寸的三氧化二鋁顆粒的泥漿手動研磨掉噴金層，然后將聚碳酸酯膜溶解在二氯甲烷溶液中，經(jīng)過多次離心清洗，然后再依次使用乙醇和純水溶液，多次離心清洗得到的雙層微米管，將微米尺寸的雙層管狀發(fā)動機儲存在純水溶液中以備后續(xù)使用。

將得到的電還原氧化石墨烯外層/二氧化錳內(nèi)層管狀微米發(fā)動機放于3％的雙氧水溶液中，微米管內(nèi)的二氧化錳催化雙氧水溶液分解產(chǎn)生氧氣并形成微氣泡，氣泡從微米管的一端噴出，反推微米管向前運動，成為微米發(fā)動機。具有比較粗糙的內(nèi)層二氧化錳催化劑具有比較好的催化雙氧水分解的活性，使得這種微納米發(fā)動機在大于1％的雙氧水溶液中具有一定的運動速度。

采用光學顯微鏡拍攝其運動錄像，進行分析計算，對多個微米管狀發(fā)動機的速度進行統(tǒng)計得到在3％的雙氧水溶液下的平均速度為334μm/s。

實施例2

使用多孔的聚碳酸酯過濾膜作為模板，在膜的一面蒸發(fā)沉積一層金，作為制備微納米發(fā)動機的導電模板。將噴金的聚碳酸酯膜模板放到本發(fā)明所述的電化學電鍍池里面，噴金的一面與鋁箔接觸作為工作電極，不噴金的一面面向電鍍池的電解質(zhì)溶液，將與噴金面多孔過濾膜模板接觸的鋁箔連接到電化學工作站的工作電極，在電鍍池的電解質(zhì)溶液中插入鉑絲電極作為對電極和銀/氯化銀電極作為參比電極，并且與電化學工作站連接起來。利用工作電極表面的氧化還原電化學反應。

采用氧化石墨烯的電鍍液含有0.1g/l的單層納米尺寸的氧化石墨烯，石墨烯電鍍液還含有0.1mol/l的硫酸和0.5mol/l的硫酸鈉溶液。利用循環(huán)伏安法，在+0.3v到-1.5v的電壓區(qū)間實施5個循環(huán)，循環(huán)速率為50mv/s，就可以得到電還原的氧化石墨烯外層。

使用電鍍銀摻雜二氧化錳的電鍍液是含有硝酸銀和高錳酸鉀的混合溶液電解質(zhì)。硝酸銀的濃度為0.002mol/l，高錳酸鉀的濃度為0.02mol/l。采用恒電流法，在-1ma陰極電流的作用下還原電解質(zhì)溶液中的ag⁺離子得到ag摻雜劑的同時還原mno^4-離子得到mno2基質(zhì)。在20分鐘的陰極沉積時間和陰極電流為-1ma的條件下，可以形成管狀的電還原氧化石墨烯外層/銀摻雜二氧化錳內(nèi)層的雙層管微納米發(fā)動機。

傾倒電鍍了二氧化錳的高錳酸鉀電解質(zhì)溶液，拆開電鍍池，取出經(jīng)過兩步電鍍沉積的多孔模板，手動研磨掉噴金層，溶解掉聚碳酸酯模板，釋放得到的微米尺寸的雙層管狀微米發(fā)動機。如圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例2制備得到的電還原氧化石墨烯外層/銀摻雜二氧化錳內(nèi)層的管狀微米發(fā)動機的掃描電子顯微鏡照片。圖2為本發(fā)明實施例2制備得到的管狀微米發(fā)動機在0.3％的雙氧水濃度下的運動視頻的截圖。

將得到的電還原氧化石墨烯/銀摻雜二氧化錳管狀微米發(fā)動機放置在不同濃度的雙氧水溶液中，在光學顯微鏡下觀察微米發(fā)動機的運動并錄像，對得到的視頻進行分析，計算出微納米發(fā)動機在不同濃度雙氧水溶液中速度的平均值。發(fā)現(xiàn)這些微納米發(fā)動機在0.2％的極低的雙氧水濃度下依然能夠達到88μm/s的平均速度。這說明這類微納米發(fā)動機具有非常高的對雙氧水分解的催化活性。

銀摻雜的二氧化錳催化的管狀微納米發(fā)動機在低濃度的雙氧水濃度下的速度能夠超越最高效的鉑催化的微納米發(fā)動機。例如在0.5％的低雙氧水濃度下的運動速度可以達到317μm/s的平均值。

在高濃度的雙氧水燃料溶液中，它的速度依然非?？?。從大于5％的雙氧水濃度開始，個別微納米發(fā)動機的運動速度大于1mm/s。在10％的雙氧水溶液中，這種微米發(fā)動機的平均運動速度超過了1.8mm/s。

實施例3

使用多孔的聚碳酸酯過濾膜作為模板，在膜的一面蒸發(fā)沉積一層金，作為制備微納米發(fā)動機的導電模板。將噴金的聚碳酸酯膜模板放到本發(fā)明所述的電化學電鍍池里面，噴金的一面與鋁箔接觸作為工作電極，不噴金的一面面向電鍍池的電解質(zhì)溶液。將與噴金面多孔過濾膜模板接觸的鋁箔連接到電化學工作站的工作電極，在電鍍池的電解質(zhì)溶液中插入鉑絲電極作為對電極和銀/氯化銀電極作為參比電極，并且與電化學工作站連接起來。利用工作電極表面的氧化還原電化學反應。

采用氧化石墨烯的電鍍液含有0.1g/l的單層納米尺寸的氧化石墨烯，石墨烯電鍍液還含有0.1mol/l的硫酸和0.5mol/l的硫酸鈉溶液。利用循環(huán)伏安法，在+0.3v到-1.5v的電壓區(qū)間實施5個循環(huán)，就可以得到電還原的氧化石墨烯外層。

其中，所述的陰極沉積電流是-1.5ma,電鍍時間是20分鐘，使用硝酸銀和高錳酸鉀的混合溶液電解質(zhì)作為電鍍液，硝酸銀的濃度為0.002mol/l，高錳酸鉀的濃度為0.02mol/l。成功制得電還原的氧化石墨烯包裹的銀摻雜二氧化錳催化的桿狀微米發(fā)動機。經(jīng)過與本發(fā)明實施例1相同的清洗分離等步驟在不同的雙氧水溶液里測試它們的運動行為。

發(fā)現(xiàn)從大于3％的雙氧水濃度開始這種微納米發(fā)動機顯示出比較好的運動行為。在3％的雙氧水溶液中的平均速度為261μm/s。并且隨著雙氧水溶液濃度的增大，運動速度變快。在5％和15％的雙氧水溶液中的運動的平均速度分別達到了431μm/s和540μm/s。

實施例4

使用多孔的聚碳酸酯過濾膜作為模板，在膜的一面蒸發(fā)沉積一層金，作為制備微納米發(fā)動機的導電模板。將噴金的聚碳酸酯膜模板放到本發(fā)明所述的電化學電鍍池里面，噴金的一面與鋁箔接觸作為工作電極，不噴金的一面面向電鍍池的電解質(zhì)溶液，將與噴金面多孔過濾膜模板接觸的鋁箔連接到電化學工作站的工作電極，在電鍍池的電解質(zhì)溶液中插入鉑絲電極作為對電極和氯化銀電極作為參比電極，并且與電化學工作站連接起來。利用工作電極表面的氧化還原電化學反應。

采用氧化石墨烯的電鍍液含有0.1g/l的單層納米尺寸的氧化石墨烯，石墨烯電鍍液還含有0.1mol/l的硫酸和0.5mol/l的硫酸鈉溶液。利用循環(huán)伏安法，在+0.3v到-1.5v的電壓區(qū)間實施5個循環(huán)，就可以得到電還原的氧化石墨烯外層。

其中，所述的陰極沉積電流是-1.5ma,電鍍時間是20分鐘，使用高錳酸鉀溶液作為電鍍液。成功制得電還原的氧化石墨烯包裹的二氧化錳催化的桿狀的微米發(fā)動機。經(jīng)過與本發(fā)明實施例1相同的清洗分離等步驟，將微米發(fā)動機儲存在純水中，可以進一步分析這種桿狀微納米發(fā)動機的運動行為。

結(jié)果表明，在3％的雙氧水溶液中，這種桿狀的微納米發(fā)動機顯示出了比較高的224μm/s的平均速度，繼續(xù)升高雙氧水濃度到5％，這種微納米發(fā)動機的運動速度為404μm/s。在15％的雙氧水溶液中這種桿狀微納米發(fā)動機的運動的平均速度可以達到609μm/s。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。