[發明專利]一種海綿狀超細納米多孔金屬及制備方法

有效

• 申請號: 201610165954.7
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105624456B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 張濤;徐洪杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;哈爾濱成程生命與物質研究所
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種新型海綿狀納米多孔金屬及制備方法。

背景技術

去合金化法制備納米多孔金屬是通過利用合金中不同組元之間化學性質的不同，將合金中較活潑的一個或多個組元通過電化學方法選擇性地去除，由殘留的金屬組元構成三維多孔結構。去合金化法能夠得到具有高比表面積的三維網狀多孔結構，其系帶和孔通道均相互連續，且多孔結構可動態調控，具有操作簡單、成本較低和適合大規模生產等優點。去合金化是一種更加方便、快捷地獲得孔徑達到納米尺寸的多孔金屬材料的有效方法，實現了多孔金屬材料在孔徑尺寸上的突破。

尋找新型的納米多孔金屬及其前驅體合金一直是材料科學領域的熱點之一。前軀體合金對于去合金化法制備納米多孔金屬至關重要，因為不僅合金的元素種類及含量決定了去合金化反應能否向合金內部持續進行，而且合金本身的化學均勻性亦可影響納米多孔金屬的顯微結構均勻性。與傳統的晶態合金相比，非晶合金不存在位錯、晶界、金屬間化合物等結構缺陷，具有良好的化學均勻性。快速凝固的制備過程使得非晶合金可以含有超過固溶體極限的元素種類及含量，從而拓寬了前軀體合金成分的選擇范圍。因此，非晶合金是制備納米多孔金屬材料的理想前軀體合金之一。

作為一種自支撐材料，納米多孔金屬材料以其獨特的結構特點和化學性質獲得了廣泛的關注。目前已報導幾乎所有納米多孔金屬的結構都由狹長的孔隙和粗化的系帶組成，其孔隙率一般較小，而本發明獲得的海綿狀結構具有大的孔隙率，當納米材料在介質中工作時，大孔隙不但可以降低孔隙內部物質傳輸的阻力，還可以大量負載其他功能性顆粒。另外目前所報道的納米多孔金屬的特征尺寸主要集中在20-100nm的尺度范圍，由于降低多孔材料的系帶和孔洞的特征尺寸能夠有效增加其比表面積，因此本發明所獲得的納米多孔金屬具有極大的比表面積。綜上兩點，本發明獲得的大孔隙率、大比表面積海綿狀精細納米多孔金屬能夠在電化學催化、催化劑負載、超級電容器、超感器、表面增強拉曼效應等方面表現出優異的性能。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種海綿狀超細納米多孔金屬及制備方法，是以塊體或帶狀非晶合金為前驅體，合金成分由以下公式表示：Mg_aM_bY_c，其中M表示Pt、Pd、Au、Cu、Ag、Ni的單質或合金，a+b+c＝100，通過用有機酸及相應鹽(檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸及它們的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽)去合金化的方法去掉Mg和Y元素，制備孔洞和系帶的特征尺寸小于20nm，且具有70％以上孔隙率和30m²/g以上比表面積的納米多孔金屬材料。

本發明技術解決方案，一種海綿狀超細納米多孔金屬，以非晶合金為前驅體，前驅體非晶合金成分由以下公式表示：Mg_aM_bY_c，其中M表示Pt、Pd、Au、Cu、Ni、Ag的單質或合金，a+b+c＝100，質量百分比為:60≤a≤70,20≤b≤30,10≤c≤15；通過0.1g/L～20g/L有機酸，或有機酸和相應有機酸鹽的混合溶液去合金化的方法腐蝕Mg和Y元素，制備納米多孔金屬材料。

所述制備的納米多孔金屬材料的孔洞和系帶的特征尺寸小于20nm，孔隙率可達70％，比表面積可達30m²/g；所獲得納米多孔金屬材料具有海綿狀的結構，結構均勻，且自持性好即多孔結構自然狀態下不崩塌。

制備時，前驅體具有組織均勻、沒有晶界、金屬間化合物缺陷的特征，能夠發生均勻腐蝕。

所述腐蝕時間少于1小時，不需要通過電化學方法驅動，高效節能。

所述有機酸和相應有機酸鹽為檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、蘋果酸及它們的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽。

一種海綿狀超細納米多孔金屬的制備方法，實現步驟如下：

步驟一：配料

按權利要求1或2所述的元素，成為制備母合金錠的原料；

步驟二：熔煉預合金

將M和Y元素按Mg_aM_bY_c名義成分在真空電弧熔煉爐中進行熔煉，得到MY錠；

步驟三：熔煉母合金

根據Mg_aM_bY_c名義成分，取稍過量Mg與M-Y錠混合，在高頻真空感應熔煉爐中熔煉，完成后稱取質量損失，補齊M-Y的缺失使得最終母合金與名義成分一致；

步驟四：制備條帶