[发明专利]纳米结构的金属和金属化合物的制备及其应用

权利要求书

1、一种材料制备方法，包括如下步骤：

a)取含有第一金属的化合物或第一金属合金的化合物的第一材料(15)；

b)将所述第一材料(15)插到电化学电池(10)中作为第一电极(14)，所述电化学电池包括第二电极(16)和电解液(18)，所述第二电极包括不同于第一材料中结合的金属的第二金属，所述电解液适于通过外部电路(20)中的电流流动将第二金属输送到第一电极并将其插入到第一材料中，从而在第一电极材料(15)中形成第二金属的化合物；和

c)在第二金属的化合物形成之后，处理第一电极材料(15)，以化学地和/或电化学地去除至少部分第二金属的化合物，以剩下具有纳米多孔结构的材料。

2、根据权利要求1所述的方法，其中第一金属选自包括Pt、Ru、Au、Ir、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、T1、Pb和Bi及上述金属任意的合金的组中，其中第一材料包含第一金属中或其合金中的一种的氧化物、硫化物、氟化物、氯化物、氮化物或磷化物，其中所述第二金属选自包括Li、Na、K、Cs、Mg、Ca和A1的组中。

3、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中在步骤c)中，在形成第二金属的化合物之后，处理第一选择材料(15)以化学去除至少部分第二金属化合物，所述处理通过下列化学物质中的一种来进行：水、稀硫酸、0.1～1.0M的硫酸、浓硫酸、0.1～1.0M的HCl和HNO₃，选择所述化学物质使其能够溶解第二金属的化合物而不与第一金属或第一金属化合物反应。

4、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中在步骤c)之前，逆转电流在电化学电池(10)中的流动方向，以至少将部分第二金属化合物还原为第二金属，并且至少部分第二金属被从第一电极材料中去除。

5、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中在步骤c)中，形成第二金属的化合物之后，处理第一选择材料(15)以化学去除至少部分第二金属化合物，所述处理通过下列化学物质中的一种来进行：水、稀硫酸、0.1～1.0M的硫酸、浓硫酸、0.1～1.0M的HCl和HNO₃，选择所述化学物质使其能够溶解第二金属的化合物而不能与第一金属或第一金属化合物反应。

6、根据权利要求4和前述权利要求中任一项所述的方法，其中实施逆转电化学电池中的电流流动方向的步骤，直至在所述电解液降解之前，在第一电极和第二电极之间达到第二金属特有的最大电势差；例如，锂用作第二金属时，所述最大电势是4.3V；而Na用作第二金属时是4.0V。

7、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中用所述方法制备的纳米多孔材料是以多孔纳米结构形式存在的第一金属和第一金属化合物的混合物。

8、根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括将所述纳米结构暴露于能量场，诸如超声场中以将所述纳米结构分裂为纳米颗粒的步骤。

9、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中第一材料选自粒径范围为50μm～100nm，优选5μm～200nm，尤其是1μm～300nm的颗粒，并且，其中在步骤c)之后，具有纳米多孔结构的所述材料包括具有相同形态的颗粒，即，基本与原始颗粒相同的形状或外壳，只是具有纳米多孔结构。

10、根据前述任一项权利要求所述的方法，其中第一电极包括与粘合剂混合并涂敷到基板上的粉末，例如基板包含选自包括Cu、Ti、Ni和不锈钢的组中的金属箔或金属网(28)。

11、根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括用一种或多种粘合剂将第一材料(15)的颗粒粘合到一起和粘合到多孔导电载体上的步骤。

12、根据前述任一项权利要求所述的方法，包括将第一材料(15)制备为第一金属的化合物或第一金属合金的化合物与一种或多种其他导电粉末，例如碳黑和/或石墨的混合物。

13、根据权利要求1～12中任一项所述的方法，其中第一材料(15)以膜的形式存在，或者以用粘合剂将颗粒结合在一起以形成膜的形式存在。