铜-锌合金电沉积及脱合金化法制备多孔铜箔

[目的]纳米多孔铜由于其开放的多孔结构、较高的比表面积、较低的密度等独特的理化性能,在储能、催化剂、传感器等领域有巨大的应用潜力。为了解决金属锂作为锂离子电池负极材料时存在的锂枝晶及安全问题,采用脱合金化法制备多孔铜箔成为近年来的研究热点。[方法]先以钛板为基体电沉积铜箔基底,接着电沉积Cu-Zn合金,再脱合金化处理得到多孔铜箔。重点研究了工艺参数对Cu-Zn合金镀层形貌、结构和性能的影响。[结果]Cu-Zn合金电沉积的较优工艺条件为:电流密度1.0 A/dm^(2),温度40℃,时间20 min。该条件下所得Cu-Zn合金镀层表面平整、结构均匀、形成单一合金相,经脱合金化处理后Zn元素的去除率为70.6%。[结论]采用电沉积+脱合金化的方法有望制得孔径均匀的多孔铜箔,但会产生裂纹,有待进一步研究和改善。

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。

脱合金化制备纳米多孔Ni、Ni O阳极材料及其电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,运用XRD、SEM、TEM、BET等对纳米多孔Ni、NiO的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、稳态极化、电化学阻抗法研究了其作为电极的电催化析氧性能。结果表明,Ni 15 Al 85和Ni 5Al 95脱合金化后均获得了纳米多孔Ni,Al含量的增加使得Ni的孔径尺寸与骨架强度减小,Ni 5Al 95形成的纳米多孔Ni在10 mA·cm^-2电流密度下的析氧过电位比Ni 15 Al 85形成的纳米多孔Ni低95 mV,但随着反应的进行,纳米多孔Ni表面的孔洞开始坍塌和脱落,导致其析氧稳定性降低。NiO继承了Ni的纳米多孔结构,比表面积和骨架强度进一步增大,Ni 5Al 95合金获得的纳米多孔NiO在10 mA·cm^-2电流密度下的析氧过电位仅为357 mV,相比Ni电极降低了14.3 mV,室温下析氧反应的表观交换电流密度是Ni电极的1.2倍,表观活化自由能降低了8.59 kJ·mol^-1,经1 000圈循环伏安后过电位降低了12 mV(J=100 mA·cm^-2),具有优良的电催化析氧性能和良好的稳定性。

脱合金化制备纳米多孔Ni-Fe合金及其电催化性能

采用真空熔炼与固溶相结合的方法获得原子分数为Ni_(30-x)Fe_xMn_(70)(x=0,10,20)的前驱体合金,通过脱合金化方法制备纳米多孔Ni及Ni-Fe合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能。结果表明:加入Fe获得了片状结构的纳米多孔Ni-Fe合金,提高了纳米多孔Ni的表面积,且Fe与Ni产生协同效应,能够有效提高合金的析氢电催化活性。当Fe含量为10%(原子分数)时,脱合金化得到的纳米多孔Ni-Fe合金表面积最大,析氢电催化性能最好,在0.1A/cm^2电流密度下,析氢过电位仅56mV,经10h连续电解,表现出良好的电催化活性和电化学稳定性。

脱合金化制备纳米多孔Cu-Ni薄膜

以薄铜片为基底,共沉积制备了纳米Cu-Ni-Zn薄膜,经化学和电化学脱合金除Zn得到纳米多孔Cu-Ni薄膜.通过XRD、SEM等技术进行表征,并测定其显微硬度.结果表明:化学脱合金化所得纳米多孔Cu-Ni薄膜微观结构呈圆球颗粒状,孔径尺寸约500nm,与电化学脱合金化相比形貌更规则;纳米多孔Cu-Ni薄膜显微硬度达到113HV.

快淬Al_(70)Pd_(17)Fe_(13)准晶脱合金化制备纳米多孔钯及其电催化活性（英文）

研究快淬Al_(70)Pd_(17)Fe_(13)准晶在稀NaCl溶液中通过电化学脱合金化制备钠米多孔钯的过程,采用循环伏安法探讨纳米多孔钯在1 mol/L KOH溶液中对甲醇的电催化活性。XRD和TEM分析表明,准晶晶粒在脱合金化初期发生纳米分解,当脱合金化完成后转变成纳米FCC-Pd。SEM观察表明,脱合金化样品中形成迷宫状的纳米多孔结构,孔径为5～20 nm,纳米钯孔壁的晶体学取向无序,尺寸均匀,厚度约为5 nm。EDS测试结果表明,纳米钯孔壁中残留约12 at.%Al。该纳米多孔钯在碱性环境中对甲醇显示明显的电催化活性。

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%。

Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Cu_(10)Mn_(70)前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm^2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.

Mg_(65)Cu_(25-x)Ag_(x)Y_(10)纳米多孔脱合金条带对农药废水的降解率

为了提高农药废水的降解率,利用淬态条带Mg_(65)Cu_(25-x)Ag_(x)Y_(10)(x=0、5、10,摩尔分数,%)稀硫酸脱合金化方法在其表面形成一层纳米孔径网状结构。与淬态条带相比,这种结构的脱合金条带由于具有较大的比表面积和多的活性位点数,表现出对农药废水具有更高的降解效率。其纳米多孔结构的平均孔径和降解率随着合金成分中Ag含量的增加而增大。在pH=3、初始顺式氯菊酯浓度为500mg/L、条带用量为1.33g/L的最佳条件下,Mg_(65)Cu_(15)Ag_(10)Y_(10)脱合金条带对农药废水最高降解率达到95.8%。

Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响

采用快速凝固结合脱合金化方法制备了不同Mo含量的纳米多孔Ni-Mo合金,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和N 2吸附-脱附分析等对多孔合金的物相、形貌结构及孔径分布进行了表征,并通过线性扫描伏安、Tafel斜率、交流阻抗和循环伏安等方法测试了多孔合金电极的电催化析氢性能.结果显示,多孔合金电极材料在50 mA/cm^2电流密度下析氢过电位随着Mo含量的增加先降低后升高,Ni 2.5 Mo 2.5合金析氢活性最强,过电位为218 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为0.29 mA/cm^2,经1000周循环后的极化曲线基本保持原状,50 mA/cm 2电流密度下过电位增加3.67%,表现出优良的析氢稳定性.

多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制备与析氢性能

采用快速凝固结合脱合金化的方法制备了纳米多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物电极材料,通过XRD、SEM、TEM、BET等对电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,通过线性扫描伏安法、Tafel斜率和计时电位等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果显示,制备的电极材料在10 mA·cm-2电流密度下Ni-Mo合金析氢活性最强,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,其表观交换电流密度为0.25 mA·cm-2,经10 000 s恒电流密度(100 mA·cm-2)电解后析氢过电位(η)仅增加39 mV,表现出优良的析氢稳定性。Ni-Mo合金电极比表面积的提高和本征催化活性的改善使其获得了更低的析氢过电位。

多孔Ni-S合金的制备及其电催化析氢性能

采用化学脱合金化和水热合成的方法,制备多孔Ni以及多孔Ni-S合金电极.通过XRD、SEM表征电极的相结构和表面形貌.在1 mol/L的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗曲线(EIS)等测试电极的电催化析氢性能.结果表明:与多孔Ni相比,Ni-S合金具有更低的析氢过电位以及更高的电催化析氢活性.

铝合金第二相腐蚀机理的微观/原子尺度研究进展

铝合金的局部腐蚀(如点蚀、晶间腐蚀以及应力腐蚀开裂)与铝基体和第二相之间的微电偶腐蚀密切相关。采用高分辨率透射电子显微镜和第一性原理计算,从微观和原子尺度上分析影响铝合金第二相腐蚀机理的因素,包括第二相的组成与结构、环境的pH值、应力以及吸附物质(如Cl^(-),H_(2)O,OH^(-)和O^(2-))的吸附行为。

低温熔盐中钛铝合金电解脱铝的研究

为实现钛铝合金的二次回收与分离利用,以钛铝合金为牺牲阳极,1-丁基-3-甲基咪唑氯铝酸盐(BMIC-Al-Cl_(3))作为电解液,进行钛铝合金的脱合金化研究。采用循环伏安曲线、动电位极化和恒电位极化对电解过程的脱合金行为进行电化学分析;使用SEM对电解前后样品微区形貌进行表征,使用ICP-AES对电解前后钛铝合金样品中的Al含量进行定量分析。结果表明,钛铝合金在BMIC-AlCl_(3)中的脱合金反应为准可逆反应,且长时间电解过程中电流保持稳定,可实现持续电解脱铝;通过扫描电子显微镜发现阴极沉积层为纯度较高且呈现多孔结构的金属铝。ICP-AES对电解前后的钛铝合金中Al元素含量的分析结果表明,电解后钛铝合金中Al元素含量相对于电解前下降10.67%。

RuO2修饰纳米多孔Ni-Mo复合电极及其电催化析氢性能

采用脱合金化结合胶体聚沉的方法制备了纳米多孔Ni/RuO2、Ni-Mo/RuO2复合电极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对电极材料的物相、元素组态、形貌结构、孔径大小和结晶度进行表征,并通过线性扫描伏安、交流阻抗以及循环伏安等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。分析结果显示:RuO2由于聚沉作用包覆在Ni基合金的骨架表面。Mo的加入使Ni-Mo合金非晶化的同时,促使其骨架细化,形成双连续的纳米多孔结构。Mo与RuO2的加入以及Mo含量的增加均提高了电催化析氢性能。纳米多孔Ni2.5Mo2.5/RuO2复合电极在50 mA·cm^-2的电流密度下析氢过电位为182 mV。

纳米多孔Ni-Co电极的制备及其电催化析氢性能

采用真空电弧熔炼与快速凝固相结合的方法制备了Ni_(30)Al_(70)、Ni_(10)Co_(20)Al_(70)合金条带,经过电化学脱合金化除Al,成功得到多孔Ni电极、纳米多孔Ni-Co电极.通过XRD、SEM等微观技术表征了电极的相结构和表面形貌.运用电化学线性扫描(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了电极在w(NaOH)=20%溶液中的析氢反应(HER)电催化活性.结果表明:与纳米多孔Ni电极相比,纳米多孔Ni-Co电极具有低的析氢过电位、低的析氢反应电阻及高的比表面积.

纳米多孔双金属氧化物NiCo_2O_4的制备及其电化学性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni、Ni-Co合金,分别经腐蚀与退火获得纳米多孔NiO、NiCo_2O_4,采用XRD、SEM、TEM、N_2吸附-脱附等对多孔NiO、NiCo_2O_4电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、恒电流充放电等方法测试多孔电极的电化学性能。结果表明,得到的纳米多孔NiO具有均匀的"泥裂"式结构,在1A·g^(-1)电流密度下比电容为375 F·g^(-1),当电流密度增加至20 A·g^(-1)时的比容保持率为67.5%,在4 A·g^(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率为81.7%;NiCo_2O_4形成典型的开放式纳米多孔双连续结构,其在1A·g^(-1)电流密度下比电容为674 F·g^(-1),当电流密度增加至20 A·g^(-1),比容保持率达72.0%;在4 A·g^(-1)电流密度下循环充放电1 000次,比容保持率达92.9%,双连续纳米多孔结构及其提供的机械稳定性,使得NiCo_2O_4表现出更为优异的超电容性能。

纳米多孔Ni的制备及其电催化析氢性能研究

采用快速凝固结合脱合金的方法制备纳米多孔Ni,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行物相分析和形貌表征,并使用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法测试纳米多孔Ni电极的电催化析氢性能.结果表明:Ni5Al95前驱体合金在65℃条件下经4 h脱合金化后获得多层次、双连续的纳米多孔Ni.在50 mA·cm^-2电流密度下,25℃时析氢过电位为257 mV,双电层电容为4.7 mF·cm^-2,在析氢反应过程中表观活化能为26.06 kJ·mol^-1,电化学脱附是整个反应的控制步骤.经过1000圈循环伏安耐久实验后,纳米多孔Ni电极在25℃下极化曲线基本保持原状,50 mA·cm^-2电流密度下析氢过电位减小6 mV,表现出优良的析氢稳定性.

纳米多孔Ni、Ni_(3)S_(2)/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni_(3)S_(2)/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^(-1)的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm^(-2)时,与纳米多孔Ni相比,Ni_(3)S_(2)/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni_(3)S_(2)/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。

模板法-脱合金制备低密度分级纳米多孔金及其电催化性能（英文）

提出了以模板法-脱合金复合方法制备低密度分级多孔金。以直径为700 nm的二氧化硅(SiO2)微球作为模板,通过化学镀方法制备了Ag@SiO2和Au@Ag@SiO2核壳粒子,并通过冷压-烧结方法制备了Au@Ag@SiO2合金块材。通过连续改变腐蚀溶液,将SiO2模板以及Ag元素从Au@Ag@SiO2合金中完全去除。将SiO2从Au@Ag@SiO2微球完全去除从而得到了大尺寸空心球壳(直径约为675nm),将Ag元素脱合金去除从而在球壳表面形成了许多小尺寸的孔结构(直径约为75 nm)。TEM图像表明,块状金样品中的韧带由具有多晶特性的纳米晶粒组成。这种具有低密度1.1 g/cm^3(相对密度为5.7%)和高比表面积4.24 m^2/g的分级纳米多孔金材料在碱性溶液中对甲醇电氧化具有优良的催化活性以及快速的传质速率,表明其在催化领域具有广阔的应用前景。