【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气凝胶领域，具体涉及一种金属气凝胶及其制备方法与应用。
技术介绍
1、气凝胶是一种具有三维网络结构和大比表面积的多孔材料，其各方面的优良特性使其受到广泛关注。通常地，气凝胶的制备过程分为两步：制备湿凝胶、将湿凝胶通过特殊手法干燥。其中，湿凝胶最传统的制备方法是溶胶-凝胶法，通过溶胶-凝胶法制作出来的湿凝胶有点类似于果冻，将湿凝胶进一步进行干燥处理即可得到气凝胶。由于表面张力的作用，通常状态下，凝胶内液体的挥发会使得凝胶脆弱的骨架坍塌，而通过冷冻干燥技术进行干燥可以解决这一问题。因此将湿凝胶在低温冷冻，接着置于真空条件下干燥，便能得到气凝胶。
2、随着溶胶-凝胶技术和干燥方法的进步，多种类型的气凝胶如金属氧化物气凝胶、高分子气凝胶、碳气凝胶、二维材料气凝胶、金属气凝胶等相继出现。其中，金属气凝胶结合了金属独特的光电磁、催化等物理化学性质与气凝胶的大比表面积、多孔性和自支撑结构等特点，拥有高速传质通道、高导电性三维网络和独特的光学特性，这些特性表明金属气凝胶有着巨大的应用潜力。
3、现有的金属气凝胶制备方法存在制备金属湿凝胶所需时间过长的问题，在制备金属湿凝胶时，为获得完整的凝胶，反应通常在水相中静置进行，故物质扩散受阻，反应动力学缓慢，导致湿凝胶的形成往往需要数天到数周的时间。为解决这一问题人们尝试了以下三个方法：
4、一是升高反应温度，例如，有研究者在60℃下进行反应，将铜和钯、金、铂的二元金属凝胶的凝胶化时间缩短为6h，但此方法不仅耗能，且会影响微观纳米结构；
5、
6、综上所述，为在制备金属气凝胶时减少制备金属湿凝胶所需的制备时间，必须借助高浓度前体或高温，但这些方法都会对材料的结构带来不利影响，同时还会增加能耗、制备成本等，因此采用现有的金属气凝胶制备方法暂无法较为快速地获得具有自支撑结构的非贵金属气凝胶。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种制备所需时间较短且不会给材料结构带来不利影响的金属气凝胶的制备方法，以及采用该方法制备的金属气凝胶以及该金属气凝胶的应用。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：本专利技术提供的一种金属气凝胶的制备方法包括以下步骤：
3、(1)向混合溶剂a中加入金属盐，混合均匀后依次加入还原剂、引发剂，混合均匀，得到混合溶液b；
4、其中，所述混合溶剂a包括纯水与介电常数低于水且与水互溶的有机溶剂，所述有机溶剂在所述混合溶液b中的体积分数为0～30％；
5、所述金属盐在所述混合溶液b中的浓度为0.2～5mmol/l，金属盐为氯化铁六水、氯化钴六水、氯化镍六水、氯化铜、硝酸铅、氯金酸三水、硝酸银、四氯钯酸钾、氯亚铂酸钾中的一种或几种的混合物；
6、所述还原剂与所述金属盐的物质的量之比为(2～20):1；
7、所述引发剂所述在混合溶液b中的摩尔浓度为0～100mmol/l；
8、(2)对混合溶液b施加扰动，静置至黑色凝胶沉积在容器底部或者漂浮在溶液上，得到金属湿凝胶c；
9、(3)将金属湿凝胶c用纯水洗涤，随后用叔丁醇进行溶剂交换，再速冻，得到冷冻样品d；
10、(4)将冷冻样品d冷冻干燥，得到金属气凝胶。
11、进一步地，上述步骤(1)中介电常数低于水且与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中一种或几种的混合物。
12、进一步地，上述步骤(2)中还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾。
13、进一步地，上述步骤(2)中引发剂为氢氧化钠、氯化钾、氟化铵或多巴胺。
14、进一步地，上述步骤(3)中的扰动为磁力搅拌或涡旋搅拌器搅拌，所述扰动时间为10s～5min。
15、进一步地，上述步骤(4)中洗涤的次数为2～10次，洗涤总时间为1～3天；溶剂交换的次数为2～4次，交换总时间为1～3天。
16、进一步地，上述步骤(4)中速冻为采用液氮速冻，速冻温度为77k，速冻时间为2～15min。
17、进一步地，上述步骤(5)中冷冻干燥时的温度为-80℃，压强为1～10pa，干燥时间为4～48h。
18、本专利技术还提供一种金属气凝胶，由上述的一种金属气凝胶的制备方法制得。
19、本专利技术还提供一种金属气凝胶的应用，由上述的一种金属气凝胶的制备方法制得一种金属气凝胶可作为析氧反应催化剂。
20、本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的一种金属气凝胶的制备方法制备所需时间较短且不会给材料结构带来不利影响，制备出的金属气凝胶的性能也较好，该法无需提高反应温度，因此能耗较少；亦无需使用高浓度的金属盐前体或纳米粒子前体，因此可避免成本较高的超滤离心等步骤，因此成本较低。该法通过从各类中低浓度的金属前体(<5mmol/l)出发获得金属气凝胶，通过扰动加快凝胶形成速率，实现了金属凝胶的快速制备。同时该法拓宽了可选的反应物种类范围，可用于制备多种金属气凝胶，其化学组成包括但不限于铁(fe)、钴(co)、镍(ni)、铜(cu)、铅(pb)、金(au)、银(ag)、铂(pt)、钯(pd)等金属中的一种或多种。
21、本专利技术提供的金属气凝胶能够作为析氧反应催化剂，目前多数动力能源依赖于煤炭、天然气等不可再生资源，而电解水过程利用经由可再生能源获得的电能，能够将水电解为氢气与氧气，从而获得清洁、高热值的化学能量物质(即氢气)。然而该方法尚无法大规模使用，其瓶颈在于所涉及的阳极析氧反应动力学非常缓慢，从而降低了电解水的整体效率。因此，人们一直在寻求高效、稳定的析氧反应催化剂，商业析氧反应催化剂主要为钌基(如二氧化钌(ruo2)、钌/碳)，铱基(如二氧化铱(iro2)、铱/碳)催化剂，其不仅价格高昂，且活性、稳定性亦无法满足需求，而本专利技术制备的金属气凝胶能够作为析氧反应催化剂使用。而本专利技术能够以高效且低成本的方式制备金属气凝胶，该金属气凝胶能够作为析氧反应催化剂使用，其性能明显优于商业ruo2催化剂；且金属气凝胶主要组分可为非贵金属，大幅降低了原材料成本。
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1.一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中介电常数低于水且与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾。
4.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中引发剂为氢氧化钠、氯化钾、氟化铵或多巴胺。
5.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的扰动为磁力搅拌或涡旋搅拌器搅拌，所述扰动时间为10s～5min。
6.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中洗涤的次数为2～10次，洗涤总时间为1～3天；溶剂交换的次数为2～4次，交换总时间为1～3天。
7.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中速冻为采用液氮速冻，速冻温度为77K，速冻时间为2～15m
8.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中冷冻干燥时的温度为-80℃，压强为1～10pa，干燥时间为4～48h。
9.一种金属气凝胶，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的一种金属气凝胶的制备方法制得。
10.一种金属气凝胶的应用，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的一种金属气凝胶的制备方法制得一种金属气凝胶可作为析氧反应催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中介电常数低于水且与水互溶的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原剂为硼氢化钠或硼氢化钾。
4.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中引发剂为氢氧化钠、氯化钾、氟化铵或多巴胺。
5.根据权利要求1所述的一种金属气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的扰动为磁力搅拌或涡旋搅拌器搅拌，所述扰动时间为10s～5min。
6.根据权利要求1所述的一种金属气...
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