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纳米多孔金属材料脱合金法的制备

纳米多孔金属材料脱合金法的制备

 纳米多孔金属材料与致密块体金属相比,内部存在大量的孔隙,使其具有诸多优异的特性,如密度小、比表面积大、光学性能以及电化学性能优异等,因而可用来制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极等,成为新型多孔材料研究领域的热点之一。纳米多孔金属材料的研制成功,开拓了多孔金属新的应用领域,而研发出高效率制备纳米多孔金属材料的方法,成为该材料得以拓宽其应用前景的前提和基础。目前,一种很有希望的制备方法,即脱合金法正在引起人们的关注。

  所谓“脱合金法”,就是运用选择性化学或电化学腐蚀原理,在合金组元间电极电位相差较大的情况下,让合金中电化学性质较活泼的元素在电解质的作用下选择性地溶解进入电解液而留下电化学性质较稳定元素,剩余的成分即可形成多孔的微观结构。

  脱合金法制备的纳米多孔金属具有连续的网络结构,在微观上具有纳米尺度的均匀性,孔径尺寸和骨架相颗粒直径尺寸均为纳米级。其开放性纳米多孔结构和连续三维网络赋予该材料独特的物理化学性能,使其具有极高的比表面积和孔隙率,是十分理想的催化剂。纳米多孔金属也是良好的催化剂载体,可以在其表面镀覆贵金属。孔径小于5纳米的多孔贵金属在电催化、传感器等领域具有显著优势,高的表面积对表面点的结合是非常有利的。

  采用脱合金法,让一种或者几种活性较高的元素被选择溶解,使得合金处于不稳定状态,余下较惰性的金属原子将重新排列成互相交错的多孔网状结构。比如,用脱元素法制备纳米多孔镍,就是通过选择溶解镍合金中比Ni活泼的元素,留下惰性的Ni元素自组装成开口的纳米多孔结构。实验表明,纳米孔的存在增加了Ni基材料的比表面积;而且,脱合金后纳米孔表面粗糙,存在很多小台阶,台阶边缘位置存在大量悬键,可通过电子和原子吸附反应物,其催化活性远远高于常规骨架Ni催化剂。已有工作表明,纳米多孔Ni基合金薄膜孔结构非常均匀,很适用于相分离、热交换、光栅等过滤领域,还可用作固体氧化物燃料电池的阳极或固体电解质的载体。

  Ni基非晶合金具有成分均匀、各向同性、相结构简单等特点,因此,以Ni基非晶为初始合金通过脱合金法可以获得孔分布均匀的纳米多孔Ni催化剂。目前,这方面的研究正成为热点。

  另外,作为脱合金法中的方法之一,“脱相法”可以从两相或者多相合金中脱出较活泼的相来获得多孔材料。其基本原理是:合金中各相的电化学活性不同,在对材料进行阳极极化时,活性高的相优先溶解而活性低的相仍保留在基体中。比如,Ni基高温合金由有序结构的γ’相以共格方式镶嵌在立方结构γ基体相中。借助电化学方法将其中一相进行选择性溶解,结果可得到多孔结构,其中含有大多为几百纳米宽的互通孔道。 无锡诚越特钢淘宝彩票发布;www.400nmbgg.com   

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