一种海绵状超细纳米多孔金属及制备方法技术

一种海绵状超细纳米多孔金属的制备方法，具体为：以非晶合金为前驱体，通过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合金中除Ag、Pt、Pd、Au、Cu、Ni金属以外的元素，形成海绵状纳米多孔结构，系带为单质金属或合金，其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，可保持结构的整体性和自持性。本发明专利技术所述制备方法高效简单，适用性广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型海绵状纳米多孔金属及制备方法。
技术介绍
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，而本专利技术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，因此本专利技术所获得的纳米多孔金属具有极大的比表面积。综上两点，本专利技术获得的大孔隙率、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。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：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：MgaMbYc，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。本专利技术技术解决方案，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：MgaMbYc，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MgaMbYc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MgaMbYc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：制备条带将步骤三得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到条带；步骤五：去合金化将步骤四所得非晶合金薄带浸入0.1g/L～20g/L有机酸或有机酸和相应有机酸盐的混合溶液中自由腐蚀，发生去合金化反应，制备纳米多孔金属。所述腐蚀Mg和Y元素的腐蚀时间少于1小时，不需要通过电化学方法驱动，高效节能。所述步骤二中的熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10-3Pa以下，充入0.05Mpa的纯氩即氩气含量在99.99％以上，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。所述步骤三中的熔炼条件为：熔炼时高频真空感应熔炼炉的真空度为8×10-3Pa以下，充入0.05Mpa的纯氩即氩气含量在99.99％以上，在小电流下熔炼5-10遍。所述步骤四的制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10-2Pa以下，充入0.05Mpa的纯氩即氩气含量在99.99％以上，加热到熔融状态后喷射到高速旋转的铜轮上。本专利技术与现有技术相比所具有的优点是：(1)本专利技术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)本专利技术的前驱体非晶成分范围广，60≤a≤70,20≤b≤30,10≤c≤15；(3)本专利技术的前驱体体系适用性广泛，M可以是Pt、Pd、Au、Cu、Ni、Ag单质或合金；(4)本专利技术的去合金化反应在腐蚀液中自由发生，且腐蚀时间少于1小时，不需要通过电化学方法驱动，高效节能；(5)本专利技术的去合金化反应腐蚀液为0.1g/L～20g/L有机酸或有机酸和相应有机酸盐的混合溶液，制备简单，安全环保，反应温和；(6)本专利技术制备的纳米多孔金属，孔洞和系带的尺寸分布均匀，小于20nm，具有极大的比表面积，即比表面积可达到30m2/g以上；(7)本专利技术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)本专利技术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70％，且与前驱体惰性组元体积百分数保持一致；(9)本专利技术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非晶合金条带为前驱体制备的纳米多孔铜的表面微观组织。图2为Mg65Cu25Y10非晶合金条带为前驱体制备的纳米多孔铜的微观组织侧视图，表明材料内部和表面均被均匀腐蚀，内部结构与表面结构一致。图3为Mg65Ag25Y1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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：MgaMbYc，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。

【技术特征摘要】
1.一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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：MgaMbYc，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。
2.根据权利要求1所述的一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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。
5.根据权利要求1所述的一种海绵状超细纳米多孔金属，其特征在于：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。
6.一种海绵状超细纳米多孔金属的制备方法，其特征在于实现步骤如下：
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MgaMbYc名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，得到MY锭；
步骤三：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，徐洪杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，哈尔滨成程生命与物质研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11