[发明专利]合成金属泡沫的方法、金属泡沫、其用途和包含该金属泡沫的器件

说明书

技术领域

本发明涉及合成低密度金属泡沫的方法，该类泡沫具有三维多孔微米结构。要指出的是“微米结构”意思是其中组成元件，即：条带，具有包含在0.1μm-100μm，或甚至包含在0.01μm-100μm的尺寸或长度的结构。

本发明还涉及多孔金属泡沫并且其中所述条带具有包含在这些相同范围的尺寸或长度，所述金属泡沫能够通过此合成方法获得。

本发明还涉及该类金属泡沫的用途，特别是在催化剂和电子领域中的用途。

本发明最后涉及包含该类金属泡沫的器件，该类器件特别是能够由微电极或微传感器构成。

背景技术

为了其在许多应用领域中，如催化、吸收剂和电子和/或在各种器件如传感器、电池和用于存贮气体如氢气的装置中的用途，目前已做了许多工作以合成低密度金属泡沫。

表述“低密度金属泡沫”意思是其中表观密度小于或等于相应金属的理论密度的10％的金属泡沫。

该类金属泡沫由具有微米或甚至纳米三维多孔结构的金属材料构成。要指出的是表述“纳米结构(nanometric structure)”或替代用的术语“纳米结构(nanostructure)”意思是其中组成元件，即：条带，具有包含在1nm-100nm的尺寸或长度的结构。

由于其微米结构，这些金属泡沫具有高的比表面，这赋予它们许多优点，其中这提供了非常快速的电化学反应能力。由此可以考虑使用这些金属泡沫制造气体微传感器和微电极，该类微电极能够特别是旨在用于电子工业中。

在能够合成金属泡沫的已知方法中，可以引述的是实施称为“高电流密度”的电解的方法，在所述电解过程中电解溶液中存在的金属阳离子发生电解还原。根据此方法，金属离子(1)的所述电解还原与伴随的水(2)的电解还原一起进行。在阴极表面发生的相应的电解还原反应分别如下：

Mⁿ⁺+ne^-→M   (1)

其中M表示金属和n为整数。

水的电解还原在阴极表面产生由多个氢气气泡形成的气态释放，其将要充当用于形成金属泡沫的间隙或孔的基质。由此观察到，在阴极表面，还原的金属M以金属泡沫的形式沉积。事实上，此沉积物具有多孔结构，通过由电解质中存在的水的还原形成的氢气泡保证了孔的形成。尽管如此，但是可以观察到如通过以高电流密度的此电解还原方法获得的金属泡沫的孔不具有规则均匀的大小，由于释放的氢气泡的聚结现象所以所述大小特别是随着金属泡沫的厚度而增加。另外，沉积在阴极表面上的此金属泡沫的厚度限制在几百微米，也是由于释放的氢气泡的此聚结现象。另外，观察到此金属泡沫非常易碎并且不可处理且甚至不太成型。

C.Zhou等最近发表的一篇文章(“Nanoporous platinum grown on nickel foam by facile plasma reduction with enhanced electro-catalytic performance”，Electrochemistry Communications,2012,18,33-36)，参考本说明书最后的[1]，描述了合成金属泡沫的另一种方法，所述方法包括接触辉光放电电解的步骤。

接触辉光放电电解(CGDE)是在最近几年在几个研究领域中重感兴趣的方法。

在K.Azumi等发表的文章中(Removal of oxide layer on SUS304using high-voltage discharging polarization,Electrochimica Acta,2007,52,4463-4470),参考[2]，作者描述了实施此CGDE法用于处理氧化的表面。