[發明專利]大幅度減小納米多孔金屬骨架尺寸的去合金化制備方法

無效

• 申請號: 201110113358.1
• 申請日: 2011-05-04
• 公開（公告）號: CN102191399A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 高玉來;宋廷廷;翟啟杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C3/00
• 分類號: C22C3/00;C22C1/08;C25F3/02;C25F5/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種可以大幅度減小納米多孔金屬骨架尺寸的納米多孔金屬的去合金化制備方法，屬催化、傳感及熱交換等領域。

背景技術

2001年哈佛大學的Jonah?Erlebacher等人在《Nature》上發表一篇名為Evolution?of?nanoporosity?in?dealloying的論文，此后納米多孔金屬和去合金化技術引起研究者的廣泛關注。納米多孔金屬具有大的內表面積、高孔隙率和較均勻的納米孔，而且具有金屬材料的高導熱率、高導電率、抗腐蝕、抗疲勞等優異性能，在催化、傳感、制動器等領域具有廣闊的應用前景。納米多孔金已被用于催化性能研究，用納米多孔Au作為催化劑無須多孔載體，可以排除多孔載體在催化反應中的額外影響，研究結果均表明納米多孔Au具有非常好的CO-CO₂催化性能，預示著一類新的催化材料的興起；納米多孔金也可應用于生物傳感器，該傳感器對DNA分子進行檢測時，納米多孔金表現出很高的檢測靈敏度；另外納米多孔金也被應用于熱交換領域，研究發現納米多孔金在熱交換過程中的表現出了比傳統熱交換材料鉑更好的低溫熱傳導性和比傳統銀粉更高的比表面積。

去合金化法制備納米多孔金屬因為其簡單易操作、所得多孔結構易控制等優點近年來被研究者廣泛使用。去合金化法，亦稱選擇腐蝕法，是指在合金組元間的電極電位相差較大的情況下，合金中的電化學性質較活潑元素在電解質的作用下選擇性地溶解進入電解液而留下電化學性質較穩定元素的腐蝕過程。組元既可以是單相固溶體合金中的一種元素，又可以是多相合金中的某一相。剩余的較為惰性的金屬原子經團聚生長最終形成雙連續的納米多孔結構。近些年關于去合金化制備納米多孔金屬的新的合金體系逐漸被開發出來，比如Ni-Cu、Mn-Cu、Si-Pt、Al-Au、Pd-Ni-P等，通過對這些體系的去合金化處理，可以制備得納米多孔鈀（Nanoporous?Pd,?NPPd）、納米多孔金（Nanoporous?Au,?NPG）、納米多孔銀（Nanoporous?Ag,?NPS）等納米多孔金屬。

納米多孔金屬在一些領域已經表現出優異的應用優勢，這些應用優勢與納米多孔金屬所擁有的納米多孔結構所帶來的大比表面積有著至關重要的聯系。研究表明多孔材料骨架尺寸越小，材料的比表面積越大。因此既定的合金體系條件下，如何設法獲得比表面積更大，即骨架尺寸更小的納米多孔金屬在該功能材料的應用方面占據舉足輕重的作用。納米多孔金屬骨架尺寸受很多因素的影響：1）合金成分，隨著合金成分中不活潑組元的增加，去合金化后剩余骨架尺寸變大。隨著Al-Ag合金中Ag原子比由15?at.%到45?at.%的變化，Wang?等人制備出的NPS骨架尺寸出現94nm到228nm的變化；2）去合金化方式，研究表明通過電化學腐蝕方式制備的納米多孔金屬相對化學腐蝕方式來說骨架尺寸更小。Biener?J等人利用化學腐蝕和電化學腐蝕制備出骨架尺寸分別為10nm和60nm的NPG；3）不活潑組元種類，納米多孔結構的形成與不活潑組元的擴散系數有關，擴散系數越大，所得結構的骨架尺寸越大。如今制得的骨架尺寸最小的納米多孔金屬為納米多孔鉑（Nanoporous?Pt,?NPPt）（3.4nm），NPG、NPS、納米多孔銅（Nanoporous?Cu,?NPC）等的尺寸則隨著貴金屬元素的擴散系數的增大而增大。在上述因素既定的條件下如何減小納米多孔結構骨架尺寸，從而增大材料比表面積則是獲得具有更好性能的納米多孔金屬的重要條件。

本發明在納米多孔金屬的制備中，以Al-Ag合金為原始合金、90?±?5?℃為反應溫度、25?vol.%?H₂SO₄為電解質溶液制備納米多孔銀，首次在電解質溶液中加入表面活性劑，證明表面活性劑的加入可以制備得到骨架尺寸顯著減小的納米多孔金屬，同時提出了具體的工藝路線。本發明申請人采用納米多孔+去合金化+表面活性劑（nanoporous?+?dealloy?+?surfactant）作為關鍵詞檢索了美國專利文摘（USPTO）、歐洲專利文摘（EP—PCT）、《中國專利信息網》以及《中華人民共和國國家知識產權局專利檢索》，沒有發現同類專利。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以顯著減小納米多孔金屬骨架尺寸，從而提高材料比表面積的去合金化制備方法。更具體地說，本發明的目的是提供一種將AB(C)合金置于電解質溶液中進行化學腐蝕即去合金化處理，在電解質溶液中加入適量表面活性劑從而顯著減小納米多孔金屬骨架尺寸，增大材料比表面積的納米多孔金屬制備方法。