一种高比表面积金属气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高比表面积金属气凝胶及其制备方法，该方法包括：(1)将纤维素气凝胶置于敏化液中浸泡，然后用水冲洗纤维素气凝胶；(2)将处理后的纤维素气凝胶浸泡入金属化学镀液中进行化学镀，获得金属/纤维素复合气凝胶；(3)将金属/纤维素复合气凝胶置于LiOH/尿素溶液中，在低温下进行去纤维素气凝胶模板过程，获得纳米多孔金属溶液；(4)将制得的纳米多孔金属溶液用水清洗，然后用丙酮进行溶剂交换，干燥，获得高比表面积金属气凝胶。本发明专利技术首次提出以纤维素气凝胶为模板，制备高比表面积金属气凝胶的方法。纤维素气凝胶具有较高的比表面积和适合化学镀的孔结构，同时在化学镀后容易脱模板，为其它模板法制备金属气凝胶提供借鉴。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气凝胶材料制备
，具体涉及一种高比表面积金属气凝胶及其制备方法。
技术介绍
气凝胶是近年来兴起的一种明星材料，其由于材料自身较高的孔隙率、比表面积，很低的表观强度、密度及折射指数，在强激光研究靶材料、隔热材料、储能材料、催化材料、吸附材料、切伦科夫阈值探测器等领域表现出较佳应用前景。金属气凝胶兼具了金属材料和多孔气凝胶材料的许多优越的性质，包括低密度，高孔隙率，高电/热导率，良好的催化活性和高强度/重量比等；其代表了金属的一种极限形式，在电化学极片、催化、电化学传感器、磁介质、生物骨架和储氢、分离膜、惯性约束聚变(ICF)等许多领域极具应用前景。目前关于金属气凝胶的研究和制备仍处于起步阶段，不同于聚合物气凝胶和碳气凝胶，金属气凝胶难以由相应的水凝胶直接干燥获得。目前多孔金属气凝胶的制备方法主要包括模板法、去合金法、燃烧法和溶胶-凝胶法等。通过这些方法虽可获得密度较低的金属气凝胶，但气凝胶的比表面通常较小(＜50m2g-1)。比表面积是气凝胶的一项重要参数，高比表面可有效的增加金属的表面活性，更利于发挥金属气凝胶的功能特性。例如作为催化剂使用，金属气凝胶的高比表面积可以有效的增加金属催化剂的催化位点，进而提高材料的催化效率；作为电化学极片使用，金属气凝胶的高比表面积可增加电化学材料的活性位点，而提高材料的比容量。虽然比表面积对金属气凝胶至关重要，但可惜的是，目前国内外研究报道中，比表面大于100m2g-1的金属气凝胶尚未见报道。这是因为一方面金属气凝胶的制备研究尚处于起步阶段，可供参考借鉴的文案较少；另一方面则
是由于金属的密度较大，使得高比表面积的气凝胶较难获得。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种高比表面积金属气凝胶的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将纤维素气凝胶置于敏化液中浸泡至少1h，然后用水冲洗纤维素气凝胶；步骤二、将步骤一中处理后的纤维素气凝胶浸泡入金属化学镀液中进行化学镀，获得金属/纤维素复合气凝胶；步骤三、将金属/纤维素复合气凝胶置于LiOH/尿素溶液中，在低温下通过LiOH/尿素溶液溶解纤维素进行去纤维素气凝胶模板过程，获得纳米多孔金属溶液；步骤四、将制得的纳米多孔金属溶液用水清洗，然后用丙酮进行溶剂交换，干燥，获得高比表面积金属气凝胶。优选的是，所述步骤一中，纤维素气凝胶通过再生法制备，其方法为：按重量份，取0.5～2份微晶纤维素和45～55份离子液体加入反应容器中，将反应容器置于80℃的油浴中3～6h使微晶纤维素溶解，然后向溶解后的微晶纤维素溶液放入80℃的真空干燥箱中处理1～3d，然后加入EtOH/H2O溶液再生凝胶，制备得到纤维素气凝胶；所述EtOH/H2O溶液中EtOH所占的体积分数为80％。优选的是，所述离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基氯化咪唑、1-丁基-3-甲基氯化咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-正十六烷基-3甲基溴化咪唑中的一种。优选的是，所述步骤一中，纤维素气凝胶通过再生法制备，其方法为：按重量份，将0.5～2份微晶纤维素加入40～60份LiOH/尿素溶液中，在-24～-20℃的条件下溶解微晶纤维素，溶解完全后加入EtOH/H2O溶液再生凝
胶，制备得到纤维素气凝胶；所述EtOH/H2O溶液中EtOH所占的体积分数为80％；所述LiOH/尿素溶液的配制方法为：按重量份，取LiOH4～5份和尿素15份，加入80～90份去离子水中，搅拌溶解得到LiOH/尿素溶液。优选的是，所述敏化液为PdCl2或SnCl2溶液中的至少一种；所述PdCl2或SnCl2溶液的制备方法为：按重量份，取0.03～0.08份PdCl2或SnCl2于烧杯中，加入45份EtOH和5份1mol·L-1HCl置于超声波清洗仪中超声溶解，得到敏化液。优选的是，所述金属化学镀液为Ni化学镀液、Cu化学镀液、Ag化学镀液中的一种；所述Ni化学镀液配方为：按重量份：0.1～0.3份NiCl2·6H2O、20份去离子水、5份乙醇、2份氨水以及2份水合肼；所述氨水质量百分数为28wt％；所述Cu化学镀液配方为：柠檬酸钠15g/L、硼酸30g/L、无水硫酸铜10g/L以及次亚磷酸钠30g/L；所述Ag化学镀液配方为：AgNO310～20g/L、NaOH5～10g/L、氨水50～80mL/L、葡萄糖3～8g/L、聚乙二醇3-8g/L、乙醇15mL/L；所述氨水质量百分数为28wt％。优选的是，所述执行了步骤四之后，还包括步骤五：将获得的高比表面积金属气凝胶浸泡入1～3mol/L的H2PtCl6或HAuCl4溶液中8～12小时，然后将金属气凝胶用稀盐酸除去，干燥即获得Pt气凝胶或Au气凝胶；所述稀盐酸的浓度为0.5～1mol/L。优选的是，所述步骤二中，化学镀的时间为1～12d；所述步骤三中，LiOH/尿素溶液的配制方法为：按重量份，取LiOH4～5份和尿素15份，加入80～90份去离子水中，搅拌溶解得到LiOH/尿素溶液；所述去纤维素气凝胶模板的过程为：将金属/纤维素复合气凝胶置于LiOH/尿素溶液中，并置于-24～-20℃使其冷冻成冰，然后取出一边解冻一边搅拌，解冻后重复上述操作3～4次，直至纤维素完全溶解，得到纳米多孔金属溶液；所述步骤四中，去离子水清洗的次数为5～8次，丙酮进行溶剂交换每天更换新鲜丙酮，持续5～8天；干燥的方式为常温干燥、冷冻干燥、超临界干燥中的一种。优选的是，所述纤维素气凝胶的比表面积为100～1000m2/g；所述高比表面积金属气凝胶的比表面积为30～200m2/g。本专利技术还提供了一种上述的制备方法制备的高比表面积金属气凝胶，所述高比表面积金属气凝胶的比表面积为30～200m2/g。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)本专利技术制备的金属气凝胶由Ni、Cu、Ag、Pt、Au中的任一种金属构成，同时具有金属特性和气凝胶的低密度和高比表面积的特性，在催化、电化学传感器、磁介质、生物骨架和储氢、分离膜、制动器等许多领域具有较佳应用前景。(2)本专利技术的金属气凝胶具有较高的比表面积，比表面积介于30～200m2/g。(3)本专利技术首次提出以纤维素气凝胶为模板，制备高比表面积金属气凝胶的方法。纤维素气凝胶具有较高的比表面积和适合化学镀的孔结构，同时在化学镀后容易脱模板，为其它模板法制备金属气凝胶提供借鉴。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术实施例1制备的Ni气凝胶的扫描电镜SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的Ni气凝胶的N2吸附等温曲线示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。实施例1：一种高比表面积金属气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将纤维素气凝胶置于敏化液中浸泡至少1h，然后用水冲洗纤维素气凝胶；步骤二、将步骤一中处理后的纤维素气凝胶浸泡入金属化学镀液中进行化学镀，获得金属/纤维素复合气凝胶；步骤三、将金属/纤维素复合气凝胶置于LiOH/尿素溶液中，在低温下通过LiOH/尿素溶液溶解纤维素进行去纤维素气凝胶模板过程，获得纳米多孔金属溶液；步骤四、将制得的纳米多孔金属溶液用水清洗，然后用丙酮进行溶剂交换，干燥，获得高比表面积金属气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将纤维素气凝胶置于敏化液中浸泡至少1h，然后用水冲洗纤维素气凝胶；步骤二、将步骤一中处理后的纤维素气凝胶浸泡入金属化学镀液中进行化学镀，获得金属/纤维素复合气凝胶；步骤三、将金属/纤维素复合气凝胶置于LiOH/尿素溶液中，在低温下通过LiOH/尿素溶液溶解纤维素进行去纤维素气凝胶模板过程，获得纳米多孔金属溶液；步骤四、将制得的纳米多孔金属溶液用水清洗，然后用丙酮进行溶剂交换，干燥，获得高比表面积金属气凝胶。2.如权利要求1所述的高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，纤维素气凝胶通过再生法制备，其方法为：按重量份，取0.5～2份微晶纤维素和45～55份离子液体加入反应容器中，将反应容器置于80℃的油浴中3～6h使微晶纤维素溶解，然后向溶解后的微晶纤维素溶液放入80℃的真空干燥箱中处理1～3d，然后加入EtOH/H2O溶液再生凝胶，制备得到纤维素气凝胶；所述EtOH/H2O溶液中EtOH所占的体积分数为80％。3.如权利要求2所述的高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述离子液体为1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、1-乙基-3-甲基氯化咪唑、1-丁基-3-甲基氯化咪唑、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乳酸、1-正十六烷基-3甲基溴化咪唑中的一种。4.如权利要求1所述的高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，纤维素气凝胶通过再生法制备，其方法为：按重量份，将0.5～2份微晶纤维素加入40～60份LiOH/尿素溶液中，在-24～-20℃的条件下溶解微晶纤维素，溶解完全后加入EtOH/H2O溶液再生凝胶，制备得到纤维素气凝胶；所述EtOH/H2O溶液中EtOH所占的体积分数为80％；所述LiOH/尿素溶液的配制方法为：按重量份，取LiOH4～5份和尿素15份，加入80～90份去
\t离子水中，搅拌溶解得到LiOH/尿素溶液。5.如权利要求1所述的高比表面积金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述敏化液为PdCl2或SnCl2溶液中的至少一种；所述PdCl2或SnCl2溶液的制备方法为：按重量份，取0.03～0.08份PdCl2或SnCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，王朝阳，付志兵，袁磊，杨曦，米睿，瞿静，周小草，钟铭龙，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51