[发明专利]一种海绵状超细纳米多孔金属及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型海绵状纳米多孔金属及制备方法。

背景技术

去合金化法制备纳米多孔金属是通过利用合金中不同组元之间化学性质的不同，将合金中较活泼的一个或多个组元通过电化学方法选择性地去除，由残留的金属组元构成三维多孔结构。去合金化法能够得到具有高比表面积的三维网状多孔结构，其系带和孔通道均相互连续，且多孔结构可动态调控，具有操作简单、成本较低和适合大规模生产等优点。去合金化是一种更加方便、快捷地获得孔径达到纳米尺寸的多孔金属材料的有效方法，实现了多孔金属材料在孔径尺寸上的突破。

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。前躯体合金对于去合金化法制备纳米多孔金属至关重要，因为不仅合金的元素种类及含量决定了去合金化反应能否向合金内部持续进行，而且合金本身的化学均匀性亦可影响纳米多孔金属的显微结构均匀性。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。快速凝固的制备过程使得非晶合金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。

作为一种自支撑材料，纳米多孔金属材料以其独特的结构特点和化学性质获得了广泛的关注。目前已报导几乎所有纳米多孔金属的结构都由狭长的孔隙和粗化的系带组成，其孔隙率一般较小，而本发明获得的海绵状结构具有大的孔隙率，当纳米材料在介质中工作时，大孔隙不但可以降低孔隙内部物质传输的阻力，还可以大量负载其他功能性颗粒。另外目前所报道的纳米多孔金属的特征尺寸主要集中在20-100nm的尺度范围，由于降低多孔材料的系带和孔洞的特征尺寸能够有效增加其比表面积，因此本发明所获得的纳米多孔金属具有极大的比表面积。综上两点，本发明获得的大孔隙率、大比表面积海绵状精细纳米多孔金属能够在电化学催化、催化剂负载、超级电容器、超感器、表面增强拉曼效应等方面表现出优异的性能。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种海绵状超细纳米多孔金属及制备方法，是以块体或带状非晶合金为前驱体，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的单质或合金，a+b+c＝100，通过用有机酸及相应盐(柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸及它们的钠盐、钾盐和铵盐)去合金化的方法去掉Mg和Y元素，制备孔洞和系带的特征尺寸小于20nm，且具有70％以上孔隙率和30m²/g以上比表面积的纳米多孔金属材料。

本发明技术解决方案，一种海绵状超细纳米多孔金属，以非晶合金为前驱体，前驱体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的单质或合金，a+b+c＝100，质量百分比为:60≤a≤70,20≤b≤30,10≤c≤15；通过0.1g/L～20g/L有机酸，或有机酸和相应有机酸盐的混合溶液去合金化的方法腐蚀Mg和Y元素，制备纳米多孔金属材料。

所述制备的纳米多孔金属材料的孔洞和系带的特征尺寸小于20nm，孔隙率可达70％，比表面积可达30m²/g；所获得纳米多孔金属材料具有海绵状的结构，结构均匀，且自持性好即多孔结构自然状态下不崩塌。

制备时，前驱体具有组织均匀、没有晶界、金属间化合物缺陷的特征，能够发生均匀腐蚀。

所述腐蚀时间少于1小时，不需要通过电化学方法驱动，高效节能。

所述有机酸和相应有机酸盐为柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸及它们的钠盐、钾盐和铵盐。

一种海绵状超细纳米多孔金属的制备方法，实现步骤如下：

步骤一：配料

按权利要求1或2所述的元素，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼预合金

将M和Y元素按Mg_aM_bY_c名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，得到MY锭；

步骤三：熔炼母合金

根据Mg_aM_bY_c名义成分，取稍过量Mg与M-Y锭混合，在高频真空感应熔炼炉中熔炼，完成后称取质量损失，补齐M-Y的缺失使得最终母合金与名义成分一致；

步骤四：制备条带