尿素调控纳米多孔合金NiFeCoMgCN的电催化性能

制备高效、稳定的析氧反应(OER)电催化剂是工业制氢的关键所在。使用尿素作为造孔剂和活性C/N源,基于纳米级柯肯达尔效应,通过高温烧结制备了纳米多孔合金NiFeCoMgCN,并分析了其作为电极的电催化性能。结果表明:在1 M KOH溶液中,NiFeCoMgCN电极在10 mA·cm^(-2)下的过电位为199 mV,Tafel斜率为41.7 mV·dec^(-1),优于IrO_(2)/Ni foam电极(10 mA·cm^(-2)下的过电位为215 mV,Tafel斜率为76.3 mV·dec^(-1)),并且在1 A·cm^(-2)的大电流密度下能够持续工作至少100 h。NiFeCoMgCN电极优异的催化活性归功于其连续的纳米多孔结构和本质活性的提高。

纳米多孔NiFeCoTi高熵合金电极的析氢反应性能

开发高效、稳定的电催化剂用于电化学水分解制氢至关重要。通过合金化和脱合金化法制备了纳米多孔NiFeCoTi高熵合金电极,并对其碱性析氢反应性能进行了研究。结果表明:该电极具有柱状纳米多孔结构,能够促进电催化反应过程中的电子传递和质量运输,表面的NiFeCoTi高熵合金可以提供双功能的电催化活性位点,促进水的解离和氢中间体的吸附/结合。在1 M KOH电解液中,纳米多孔NiFeCoTi电极在~111 mV的过电位下就能够达到400 mA/cm^(2)的电流密度,具有较低的Tafel斜率和优异的长期稳定性。

脱合金化法制备纳米多孔铂合金的研究进展

纳米多孔金属由纳米尺度的孔隙和金属韧带组成,具有三维双连通的网络状结构,兼具纳米材料和金属材料的双重特性,在催化、传感和药物输送等领域具有广阔的应用前景。脱合金化法操作简单,工艺流程短,成本相对较低,是制备纳米多孔金属的常用方法。目前,利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金因其对甲醇氧化和氧还原反应具有优异的催化活性而备受关注,有望在燃料电池等相关领域实现应用。近年,研究学者不断丰富纳米多孔Pt合金的合金体系,通过优化合金成分和脱合金化工艺对其结构和性能进行调控,发展出多种形态的纳米多孔Pt合金,系统调查了前驱体的结构和成分、脱合金工艺参数对纳米多孔Pt合金的组织结构、形貌和性能的影响,并对纳米多孔形成和优异性能的机理进行了广泛的研究。利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金具有多种形态,如低维的纳米颗粒、纳米花、纳米线和薄膜以及三维的纳米多孔带材等。低维的纳米多孔Pt合金因其更大的比表面积和纳米尺寸效应而具有更为突出的催化活性,而三维的纳米多孔带材具有均匀的纳米多孔结构,且克服了低维合金易团聚的问题。通过调整前驱体合金的化学成分和组织结构,改变脱合金化工艺参数,以及对纳米多孔合金进行退火处理等手段实现了对纳米多孔Pt合金的结构和形貌的有效控制。纳米多孔Pt合金对甲醇氧化和氧还原反应的催化性能相比于商用负载型Pt/C具有较大程度的改善。磁性纳米多孔Pt合金可将催化和磁分离相结合,易实现催化剂的回收再利用。此外,磁性纳米多孔Pt合金在过滤和药物输送等方面也具有巨大应用潜力。本文主要从脱合金工艺及其机制、制备与结构调控,以及性能与应用等方面简述了近年脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金的研究进展,并探讨了目前存在的问题和今后的发展方向。

高性能三维纳米多孔氧化镍电致变色薄膜材料

作为一种很有前景的电致变色材料,传统方法制备的氧化镍薄膜结构致密,对比度、响应速度等性能却并不理想。本研究首次通过结合电沉积与脱合金法制备了三维纳米多孔的氧化镍薄膜,通过对薄膜特征的检测和电致变色性能的测试,薄膜表现出较高的光学对比度(66.4%,550 nm基准)、较快的变色时间(褪色时间3.4 s,着色时间2.6 s)以及较高的着色效率(65 cm^(2)/C)。这些优异的性能可以归因于薄膜材料的三维纳米多孔结构,为离子提供大量的通道与嵌合位点。这些优点对氧化镍在电致变色器件领域的应用有重要意义。

脱合金制备纳米多孔金属在植入领域研究进展

纳米多孔金属因其特殊的结构带来的优异性能,在催化和能源等领域得到了广泛的应用。在医用植入领域,具有微/纳米尺度双连续多孔结构的仿生材料也逐渐引起重视,但目前传统的成型工艺很难实现该类结构的制备。近年来,由于纳米多孔金属与人体骨骼中的多孔结构类似且具有良好的综合性能,开始被尝试引入医用植入领域以获得新型金属植入材料。现有研究发现,纳米多孔结构的金属材料在力学与生物学上均有着相对较好的性能表现,故在植入领域有着极大的应用潜力。聚焦于脱合金制备纳米多孔金属,系统综述了该类纳米多孔金属在植入领域的研究进展。首先介绍了常见的金属植入材料,然后重点阐述了脱合金法制备纳米多孔金属植入材料的具体制备工艺,并基于所制备的纳米多孔金属具有的结构特征列举了该类结构金属在植入领域的具体应用形式,最后对纳米多孔金属在植入领域的发展前景进行了展望。

三维锥阵列型纳米多孔锡镍合金负极的制备及储锂性能研究

基于铜箔基底采用无模板定向电沉积法制备三维锥阵列型纳米多孔镍集流体,再通过脉冲电沉积法在其上负载锡镍合金,制得三维锥阵列型纳米多孔锡镍合金负极。采用SEM、XRD、EDS和恒流充放电测试系统研究合金负极的微观结构、物相组成、化学成分和电化学性能。结果表明,该合金负极的阵列单元为锥顶呈球形的纳米锥,锥体表面存在孔隙。在0.1mA/cm~2电流密度下,该合金负极首次充/放电比容量为0.28/0.36mA/cm~2,100周循环后,可逆比容量为0.21mA/cm~2,可逆容量保持率为75%。

去合金化制备纳米多孔二元PtCu合金及其催化性能研究

电极材料是质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用的关键材料。设计了一种新型的多组分纳米多孔合金电催化剂,并通过调节前驱体合金的成分进一步改善了其电催化性能。采用快速凝固技术与两步去合金化相结合的方法,制备了具有双连续多孔结构的二元Pt 2Cu催化剂。研究结果表明,前驱体合金条带经过两步去合金化处理可获得具有三维双连续韧带通道结构的纳米多孔金属。电化学测试表明,二元Pt 2Cu催化剂比商用PtC催化剂具有更好的催化活性和稳定性,其与Cu合金化可以优化Pt的电子结构,改善催化剂的催化性能。该制备工艺为其他多组分Pt基催化剂的制备提供了有益参考。

去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进展

用去合金化制备的孔隙尺寸小于100nm的纳米多孔金属材料,开拓了多孔金属材料一个新的应用领域。目前的研究主要集中于通过不同的合金体系制备出不同的纳米多孔金属,分别介绍了纳米多孔金、铂、铜、钯、钛的制备工艺,并对孔洞形成的溶解-再沉积机制、体扩散机制、表面扩散机制、渗流机制及相分离模型进行了简述。对纳米多孔金的现有研究表明,纳米多孔金具有良好的化学稳定性、高的比表面积以及高的屈服强度,目前应用研究包括作为热交换器、传感器及催化材料等方面。

脱合金法制备纳米多孔金属的研究进展

纳米多孔金属具有独特的物理、化学、力学性能,具有极大的科学与工程应用潜力。脱合金法是制备此类材料的有效技术,是实现其应用的关键。本文概述了脱合金法制备纳米多孔金属的原理,并从脱合金法制备纳米多孔金属的材料体系、初始材料的制备工艺以及纳米多孔金属的性能三方面综述了脱合金法制备纳米多孔金属的研究进展。

去合金化制备纳米多孔铜

以Mn-Cu合金为前驱体合金,在0.1 mol/L HCl溶液中自由腐蚀去合金化成功制备出纳米多孔铜,采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明,Mn-Cu合金在0.1 mol/L HCl溶液中发生锰的选择性溶解,制备出的纳米多孔铜呈3维网络状均匀结构,平均系带尺寸53 nm,平均孔径尺寸为140 nm。

脱合金制备纳米多孔双金属氧化物NiMoO_4及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备纳米多孔Ni-Mo合金,然后退火获得三维双连续纳米多孔NiMoO_4,采用XRD、SEM、TEM对多孔NiMoO_4的成分、形貌和结构进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔NiMoO_4电极的电化学性能。结果表明,Ni_5Mo_5Al_(90)和Ni_(2.5)Mo_(2.5)Al_(95)经脱合金和退火均可获得纳米多孔NiMoO_4,Mo元素对脱合金具有钉扎作用,可减小多孔合金的骨架和孔隙尺寸,由Ni_5Mo_5Al_(90)合金获得纳米多孔NiMoO_4表现出更为优异的超电容性能,其在1 A·g^(-1)电流密度比容量达708 F·g^(-1),当电流密度增加20 A·g^(-1),其比容保持率达57.1%。在4 A·g^(-1)电流密度下循环充放电1 000次,其比容保持率达91.2%。

金属玻璃脱合金制备高催化性能的多元掺杂纳米多孔Pd

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃作为预合金,分别在H2SO4+H3PO4酸溶液和NaCl盐溶液中以不同过电位,进行了电化学脱合金处理。在酸溶液中,制得了Ni、Co和P共掺的Pd纳米多孔金属材料。该多孔金属具有三维连通的纳米多孔结构,在对甲酸的催化中表现出了良好的催化活性。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,在Ni、Co和P共掺的纳米多孔Pd催化条件下,甲酸的氧化电位发生了显著负移。在NaCl溶液中,Pd10Ni50Co20P16B4金属玻璃脱合金后不能获得具有高催化活性的纳米多孔结构。

去合金化工艺对纳米多孔铜纯度的影响

采用腐蚀去合金化方法制备纳米多孔铜材料。研究了固溶时间、腐蚀时间及腐蚀温度对纳米多孔铜表面形貌及残余Mn含量的影响。研究表明:由于固溶时间的延长,合金成分越来越均匀化,去合金化后所得纳米多孔铜的残余Mn原子分数降低。固溶95h的前驱体合金,随着腐蚀时间的延长,其残余Mn含量降低不明显;随着温度的升高,其残余Mn原子分数由25℃的3.54%降至60℃的1.14%,但是60℃腐蚀后的孔隙与丝径尺寸明显粗化,样品易碎。通过调整去合金化参数,实验所制备的纳米多孔铜呈现均匀的海绵状纳米多孔结构,残余Mn原子分数1.23%,平均丝径尺寸40nm。

Al-Cu合金成分对去合金化制备纳米多孔铜的影响

采用快速凝固与去合金化相结合的方法制备纳米多孔铜,用XRD、SEM分析样品的相组成和微观形貌,研究前驱体Al-Cu合金成分对纳米多孔铜微观结构及Al2 Cu、AlCu协同性腐蚀的影响。结果表明:Cu原子分数为33%时,去合金化后形成具有双连续结构的纳米多孔铜;Cu原子分数为38%时,形成比表面积更高、更均匀细小的双连续结构纳米多孔铜,平均孔径尺寸约100～150 nm,平均系带尺寸约50～80 nm;Cu原子分数为43%时,形成了双连续结构的纳米多孔铜并在其中分散着纳米颗粒聚集体;Cu原子分数为50%时,形成了纳米颗粒聚集的纳米多孔铜。实验发现,Al2 Cu、AlCu腐蚀的协同作用对双连续结构的形貌有重要的影响。

不同去合金化法对制备纳米多孔合金微观结构的影响

采用电弧熔炼与真空甩带制备出前驱体合金,通过化学和电化学2种去合金化方法制备出纳米多孔合金,用XRD,SEM等方法分析合金的相组成和微观结构.研究去合金化过程中,不同腐蚀方法、腐蚀电位、腐蚀时间对纳米多孔合金结构的影响.结果表明:Cu25Ni5Al70合金化学去合金化可得到均匀的纳米多孔合金,其平均孔径尺寸约125nm,孔骨架尺寸约150nm,但剩余相中有少量Al相,难以完全去合金化;而在w(NaOH)=20%的溶液中电化学去合金化可得到均匀的、双连续的三维网状纳米多孔合金,孔径尺寸约为100nm.

腐蚀因素对去合金化法制备纳米多孔铜材料结构的影响

采用电弧熔炼与去合金化相结合的方法制备纳米多孔铜.用XRD、SEM分析样品的相组成和微观形貌.研究去合金化中的腐蚀液种类、腐蚀时间以及腐蚀温度等腐蚀环境对纳米多孔铜结构的影响.结果表明:在盐酸溶液中自由腐蚀去合金化可得到孔结构均匀的纳米多孔铜;随着腐蚀时间的延长,孔结构有显著变化,腐蚀3h后得到纳米多孔铜孔结构呈蜂窝状,腐蚀10h后得到双连续结构的纳米多孔铜,随着腐蚀时间的延长,孔径增大且孔壁逐渐粗化;随着温度升高纳米多孔铜双连续结构的孔径逐渐增大,45℃时则形成纳米颗粒聚集的孔结构.通过调整去合金化工艺,厚度约1mm的Mn-Cu薄片在0.3mol/L HCl溶液中,于35℃腐蚀10h得到的纳米多孔铜呈均匀的三维网络状结构,平均孔径尺寸约150nm.

Mg-Cu合金成分对去合金化制备纳米多孔铜结构的影响

采用感应熔炼与快速凝固法制备Cu含量（原子分数,下同）为33%~67%的Mg-Cu合金薄带,然后通过自腐蚀去合金化法得到纳米多孔铜材料,用X射线衍射仪（XRD）与扫描电镜（SEM）分析多孔铜的相组成和微观形貌,研究Mg-Cu合金成分与腐蚀时间对多孔铜微观结构及形貌的影响。结果表明：Mg-Cu合金中Cu含量为67%时无法形成双连续结构的多孔铜;Cu含量为33%~60%时,形成具有双连续结构的纳米多孔铜,其中Cu含量为50%时,形成均匀、细小的双连续结构纳米多孔铜,平均孔径为60~80 nm,平均系带尺寸为50~80 nm。Mg2Cu相是形成双连续结构的必要条件,而更均匀的双连续结构是由Mg2Cu相和MgCu2相协同去合金化形成的。在含有Mg2Cu相和MgCu2相的Mg-Cu合金腐蚀过程中,Mg2Cu相优先腐蚀,形成腐蚀通道,随后为Mg2Cu相和MgCu2协同腐蚀,最后是残余的MgCu2相腐蚀完全,形成双连续结构纳米多孔铜。

去合金化制备孔径可控纳米多孔金属研究进展

纳米多孔金属具有三维连通、双连续的纳米级孔结构,使其具有超高比表面积、高强度、低密度等独特理化性能,在力学、催化、传感、拉曼散射等领域具有广阔的应用前景,而且纳米多孔金属的性能表现出一定的尺寸效应,因此研究孔结构调控对纳米多孔金属的实际应用具有重要意义。目前,去合金化制备孔径可控的纳米多孔金属主要集中在调节去合金化工艺(腐蚀方式、腐蚀温度、腐蚀电解质、腐蚀添加剂等)和去合金化后处理过程(热处理粗化、溶液浸泡)两方面,探索纳米多孔金属在不同工艺条件下孔结构的成孔机制、孔结构演变规律为制备孔结构呈特征规律分布(如梯度分布、分级分布、均匀分布)的纳米多孔金属块材或薄膜奠定了夯实的基础。

脱合金法制备纳米多孔镍材料研究进展

纳米多孔金属镍材料的研制成功,开拓了多孔金属新的应用领域。综述了脱合金法从Ni-Al合金中制备纳米多孔镍材料的必要条件,并分析了脱元素法和脱相法各自的特点。脱元素法获得的纳米多孔镍的结构是三维无序内部互连通孔结构,而脱相法会产生原有的γ相或γ′相与多孔结构互相交织的网状结构,其中互通孔道大多为几百纳米宽。脱相法是个电化学控制的过程,脱元素法不需要加电压。同时,指出了纳米多孔镍基材料的应用领域及今后的研究方向。

纳米多孔SnSb合金在钠离子电池中的应用

采用化学脱合金法制备了具有纳米多孔结构的SnSb合金材料,并将其应用于钠离子电池的负极.电化学性能测试结果表明,与SnSb颗粒相比,这种具有孔道与韧带双连续结构的合金负极具有高的放电比容量、优良的循环性能和倍率性能.在50 mA·g^(-1)的电流密度下首次放电比容量为419.9 mAh·g^(-1);25次循环之后容量可达264.3 mAh·g^(-1);在150 mA·g^(-1)的放电倍率下,其放电比容量仍可达350.2 mAh·g^(-1).