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、光學性能以及電化學性能優(yōu)異等，因而可用來制作過濾器、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域的熱點之一。納米多孔金屬材料的研制成功，開拓了多孔金屬新的應用領域，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用前景的前提和基礎。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注。
所謂“脫合金法”，就是運用選擇性化學或電化學腐蝕原理，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入電解液而留下電化學性質(zhì)較穩(wěn)定元素，剩余的成分即可形成多孔的微觀結構。
脫合金法制備的納米多孔金屬具有連續(xù)的網(wǎng)絡結構，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。其開放性納米多孔結構和連續(xù)三維網(wǎng)絡賦予該材料獨特的物理化學性能，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、傳感器等領域具有顯著優(yōu)勢，高的表面積對表面點的結合是非常有利的。
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的多孔網(wǎng)狀結構。比如，用脫元素法制備納米多孔鎳，就是通過選擇溶解鎳合金中比Ni活潑的元素，留下惰性的Ni元素自組裝成開口的納米多孔結構。實驗表明，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，存在很多小臺階，臺階邊緣位置存在大量懸鍵，可通過電子和原子吸附反應物，其催化活性遠遠高于常規(guī)骨架Ni催化劑。已有工作表明，納米多孔Ni基合金薄膜孔結構非常均勻，很適用于相分離、熱交換、光柵等過濾領域，還可用作固體氧化物燃料電池的陽極或固體電解質(zhì)的載體。
Ni基非晶合金具有成分均勻、各向同性、相結構簡單等特點，因此，以Ni基非晶為初始合金通過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。
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獲得多孔材料。其基本原理是：合金中各相的電化學活性不同，在對材料進行陽極極化時，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構的γ’相以共格方式鑲嵌在立方結構γ基體相中。借助電化學方法將其中一相進行選擇性溶解，結果可得到多孔結構，其中含有大多為幾百納米寬的互通孔道。
(來源：鋼鐵產(chǎn)業(yè))

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