《Progress in Materials Science》：Electrodeposition of functional mesostructures, nanostructures and nanocoatings
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电极沉积技术在纳米/介观结构材料制备中的应用及进展，涵盖低维纳米材料、磁性/自旋电子器件、防腐纳米涂层及能源转换器件等领域的形貌控制、成核生长机制及性能优化研究。
法尔扎德·纳西尔普里（Farzad Nasirpouri）| 阿米拉利·法尔马尼（Amirali Farmani）| 弗兰克·C·沃尔什（Frank C. Walsh）| 乔瓦尼·赞加里（Giovanni Zangari）
伊朗塔布里兹萨汉德理工大学材料工程学院，邮编51335-1996
摘要
电沉积技术在纳米材料制备领域重新受到了关注。本文综述了用于功能性器件和应用的介观结构、纳米结构及其涂层的电沉积关键进展。文章重点介绍了零维、一维和二维介观结构及纳米结构的电沉积技术，以及成核和生长机制的研究。同时阐述了电化学在功能性纳米材料制备中的重要性及其在现有和新兴技术中的应用，如磁器件、量子信息与计算、腐蚀与可持续性、可再生能源收集与存储等领域，特别关注电沉积介观结构、纳米结构和纳米涂层的材料-结构-性能关系。本文旨在探讨各种电沉积纳米材料，包括磁性纳米材料、自旋电子材料（如均匀结构、核壳结构、直径调控结构、多段结构、几何调控结构、成分调控结构、多层纳米线阵列）、独立电沉积的磁性纳米结构（如磁性镍岛和薄膜）以及三维纳米结构；还有抗腐蚀纳米晶体涂层和纳米复合涂层、智能纳米结构涂层；此外还讨论了利用新型电沉积技术制备的纳米结构半导体，以及用于电化学能量转换（尤其是氢气和燃料电池）和新型电池及太阳能电池的电极沉积材料。
章节节选
低维或纳米结构材料的电沉积
近年来，低维或纳米结构材料在科学和技术领域得到了广泛应用。这类材料具有纳米级的关键尺寸特征。通过电沉积技术，已开发出多种金属、陶瓷、聚合物、生物和复合涂层，用于电子和数字技术、可再生能源等领域。
不同类型薄膜和纳米结构的电沉积方法与材料
电沉积是一种高度灵活的方法，可用于制备多种纳米结构材料，能够精确控制其形态、成分和维度。通过该方法制备的结构可分为五大类：二维和三维介观结构及纳米结构、纳米线、纳米复合膜、纳米晶体膜以及其他特殊结构（如图案化结构、多孔结构）。图14总结了可制备的各种介观或纳米结构。
磁性及自旋电子电沉积纳米/介观材料
功能性材料通常具有特定的物理性质，如铁电性、压电性、磁性或能量转换能力。当这些材料被缩小到纳米或介观尺度时，便被称为功能性纳米材料或介观材料。这类材料广泛应用于陶瓷、金属、聚合物和有机化合物等多种材料体系中。
纳米晶体薄膜和涂层
电沉积的纳米晶体（NC）涂层（晶粒尺寸小于100纳米）因其在物理、化学和机械性能上的优势而在多种技术中具有重要应用价值[265, 266, 267]。多年来，纳米晶体镍及其合金的电沉积一直是研究热点。
在所有电沉积纳米晶体涂层中，镍是一个备受关注的例子。
用于电化学能量转换的电活性涂层和薄膜
纳米结构材料在可再生能源领域展现出巨大潜力。然而，高效低成本电催化剂和光电催化剂的研发仍面临挑战，尤其是在低过电位下实现高电流密度以及大规模应用方面。电沉积技术为高性能铂族催化剂（PGM）和非铂族催化剂的设计提供了灵活、可扩展且环保的合成方法。
结论与未来展望
近年来，电沉积技术在纳米结构和介观结构材料的制备领域取得了显著进展。通过在电化学电池中施加电场，使各种金属、合金、陶瓷或聚合物的离子在适当的电解质中沉积到阴极表面，电沉积技术能够在常温条件下制备出具有理想形状和高纯度的材料。
作者贡献声明
法尔扎德·纳西尔普里（Farzad Nasirpouri）：负责撰写综述与编辑、初稿撰写、数据验证、项目监督、资源协调、方法论设计、研究实施、资金筹集、数据分析及概念框架构建。阿米拉利·法尔马尼（Amirali Farmani）：初稿撰写、软件开发与数据分析。弗兰克·C·沃尔什（Frank C. Walsh）：综述与编辑、初稿撰写、数据收集与分析、概念框架构建。乔瓦尼·赞加里（Giovanni Zangari）：初稿撰写、数据验证及概念框架构建。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
