[发明专利]一种超细纳米多孔金属及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超细纳米多孔金属及其制备方法。

背景技术

去合金化法制备纳米多孔金属是利用合金中不同组元之间化学性质不同，将合金中较活泼的一个或多个组元选择性去除，惰性组元构成三维多孔结构，形成纳米多孔金属。去合金化法是一种能够方便快捷地得到纳米尺度上高比表面积三维网状多孔结构的方法，产物系带和孔洞均相互连续，且多孔结构可动态调控，成本较低和适合大规模生产。

前躯体合金对于去合金化法制备纳米多孔金属至关重要。寻找新型的纳米多孔金属及其前驱体合金一直是材料科学领域的热点之一。与传统的晶态合金相比，非晶合金不存在位错、晶界、金属间化合物等结构缺陷，具有良好的化学均匀性，可以含有超过固溶体极限的元素种类及含量，从而拓宽了前躯体合金成分的选择范围。因此，非晶合金是制备纳米多孔金属材料的理想前躯体合金之一，目前关于这方面的研究还相对较少，还存在许多问题亟待解决。

作为一种自支撑材料，纳米多孔金属如金、铂、钯、银、铜、镍以其独特的结构特点和化学性质获得了广泛的关注。目前已报导的多孔金属材料特征尺寸主要集中在亚微米的尺度范围(100-500nm)，由于多孔材料的系带和孔洞的特征尺寸反比于其比表面积，因此当系带的特征尺寸被降低至十纳米量级时，能够表现出更加优异的性能。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种超细纳米多孔金属及其制备方法，制备的纳米多孔金属具有自持性和结构可控性，在损失70％的体积后仍可保持结构的整体性和自持性；且制备方法简单，适用性广泛。

本发明技术解决方案：一种超细纳米多孔金属，以非晶合金为前驱体，前驱体合金成分由以下公式表示：Mg_aTm_bY_c，其中Tm表示Pt、Pd、Au、Cu、Ni、Ag、Ru、Rh、Os、Ir单种或多种元素，a+b+c＝100，40≤a≤75，15≤b≤50，0≤c≤10；通过过饱和碳酸溶液去合金化的方法腐蚀Mg和Y元素，制备系带的特征尺寸小于10纳米的多孔金属材料。

所述系带表面光滑、结构稳定，孔隙率大可达到80％；所获得纳米多孔材料具有海绵状的结构，整体性好，且自持性好即多孔结构自然状态下不崩塌。

前驱体具有组织均匀、没有晶界、金属间化合物等缺陷的特征，能够发生均匀腐蚀。

所述腐蚀时间少于10分钟，不需要通过电化学方法驱动，高效节能。

所述合金前驱体和去合金化方法能够制备得到三维双联通且组织均匀的纳米多孔金属，系带特征尺寸小于10纳米。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

(1)本发明的前驱体非晶合金组织均匀，没有晶界、金属间化合物等缺陷，能够通过均匀腐蚀获得均匀的三维多孔结构；

(2)本发明的前驱体非晶成分范围广，40≤a≤75，15≤b≤50，0≤c≤10；

(3)本发明的前驱体体系适用性广泛，Tm可以是Pt、Pd、Au、Cu、Ni、Ag、Ru、Rh、Os、Ir等单种或多种元素；

(4)本发明的去合金化反应在腐蚀液中自由发生，且腐蚀时间少于10分钟，不需要通过电化学方法驱动，高效节能；

(5)本发明的去合金化反应腐蚀液为过饱和碳酸溶液，制备简单，安全环保，反应温和；

(6)本发明制备的纳米多孔金属，系带的尺寸分布均匀，小于10纳米，具有极大的比表面积，即比表面积可达到45m²g^-1以上；

(7)本发明制备的纳米多孔金属相较于前驱体没有体积收缩，没有裂纹，自持性好；

(8)本发明制备的纳米多孔金属系带结构圆润，表面光滑，孔隙率大可达到80％，且与前驱体惰性组元体积百分数保持一致；

(9)本发明制备的纳米多孔金属没有发生系带随时间粗化的现象，组织稳定。

附图说明

图1为Mg₆₅Cu₂₅Y₁₀非晶合金条带的XRD图谱；

图2为Mg₆₅Ag₂₅Y₁₀非晶合金条带的XRD图谱；

图3为Mg₆₅Cu₂₅Y₁₀非晶合金条带去合金化5分钟后的扫面电镜照片；

图4为Mg₆₅Ag₂₅Y₁₀非晶合金条带去合金化5分钟后的扫面电镜照片；