納米多孔金屬材料脫合金法的制備

納米多孔金屬材料與致密塊體金屬相比，內(nèi)部存在大量的孔隙，使其具有諸多優(yōu)異的特性，如密度小、比表面積大、光學(xué)性能以及電化學(xué)性能優(yōu)異等，因而可用來(lái)制作過(guò)濾器、催化劑及催化劑載體、多孔電極等，成為新型多孔材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。納米多孔金屬材料的研制成功，開(kāi)拓了多孔金屬新的應(yīng)用領(lǐng)域，而研發(fā)出高效率制備納米多孔金屬材料的方法，成為該材料得以拓寬其應(yīng)用前景的前提和基礎(chǔ)。目前，一種很有希望的制備方法，即脫合金法正在引起人們的關(guān)注。
所謂“脫合金法”，就是運(yùn)用選擇性化學(xué)或電化學(xué)腐蝕原理，在合金組元間電極電位相差較大的情況下，讓合金中電化學(xué)性質(zhì)較活潑的元素在電解質(zhì)的作用下選擇性地溶解進(jìn)入電解液而留下電化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定元素，剩余的成分即可形成多孔的微觀結(jié)構(gòu)。
脫合金法制備的納米多孔金屬具有連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在微觀上具有納米尺度的均勻性，孔徑尺寸和骨架相顆粒直徑尺寸均為納米級(jí)。其開(kāi)放性納米多孔結(jié)構(gòu)和連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)賦予該材料獨(dú)特的物理化學(xué)性能，使其具有極高的比表面積和孔隙率，是十分理想的催化劑。納米多孔金屬也是良好的催化劑載體，可以在其表面鍍覆貴金屬。孔徑小于5納米的多孔貴金屬在電催化、傳感器等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，高的表面積對(duì)表面點(diǎn)的結(jié)合是非常有利的。
采用脫合金法，讓一種或者幾種活性較高的元素被選擇溶解，使得合金處于不穩(wěn)定狀態(tài)，余下較惰性的金屬原子將重新排列成互相交錯(cuò)的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。比如，用脫元素法制備納米多孔鎳，就是通過(guò)選擇溶解鎳合金中比Ni活潑的元素，留下惰性的Ni元素自組裝成開(kāi)口的納米多孔結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，納米孔的存在增加了Ni基材料的比表面積；而且，脫合金后納米孔表面粗糙，存在很多小臺(tái)階，臺(tái)階邊緣位置存在大量懸鍵，可通過(guò)電子和原子吸附反應(yīng)物，其催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)骨架Ni催化劑。已有工作表明，納米多孔Ni基合金薄膜孔結(jié)構(gòu)非常均勻，很適用于相分離、熱交換、光柵等過(guò)濾領(lǐng)域，還可用作固體氧化物燃料電池的陽(yáng)極或固體電解質(zhì)的載體。
Ni基非晶合金具有成分均勻、各向同性、相結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，以Ni基非晶為初始合金通過(guò)脫合金法可以獲得孔分布均勻的納米多孔Ni催化劑。目前，這方面的研究正成為熱點(diǎn)。
另外，作為脫合金法中的方法之一，“脫相法”可以從兩相或者多相合金中脫出較活潑的相來(lái)獲得多孔材料。其基本原理是：合金中各相的電化學(xué)活性不同，在對(duì)材料進(jìn)行陽(yáng)極極化時(shí)，活性高的相優(yōu)先溶解而活性低的相仍保留在基體中。比如，Ni基高溫合金由有序結(jié)構(gòu)的γ’相以共格方式鑲嵌在立方結(jié)構(gòu)γ基體相中。借助電化學(xué)方法將其中一相進(jìn)行選擇性溶解，結(jié)果可得到多孔結(jié)構(gòu)，其中含有大多為幾百納米寬的互通孔道。
(來(lái)源：鋼鐵產(chǎn)業(yè))

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