[发明专利]一种纳米多孔金属或合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米多孔金属或合金的制备方法，属于纳米金属技术领域，即选择合适的低熔点金属和基底金属，通过真空气相合金化制备前驱体合金，通过控制合金化的时间和温度控制合金层的厚度和生成的合金相，在之后的脱合金过程中制备得到相应厚度和结构的纳米多孔层，可以保持材料原有的自支撑性能，简单可控，实现规模化生产，摆脱以往纳米多孔金属材料脆性和形状的限制，可应用到催化、电催化、驱动、能源转化与存储等领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米多孔金属或合金的制备方法，属于纳米金属技术领域。

背景技术

21世纪以来，世界能源系统正处于快速的转化升级过程中，世界各国正在积极用新思路与新模式来发展新能源。在发展新能源的过程中，探索、利用和发展各类新材料和新技术俨然成为科技界争抢的高地。近年来，新型金属纳米材料，即利用脱合金法制备的纳米多孔金属，因为其独特的物理、化学以及力学性能，比如高比表面积，良好的导电性能，高催化活性等，在当前飞速发展的各个科技领域内，尤其是催化、电催化、驱动、能源转化与存储等，具有广阔的应用潜力。

随着科技的发展，手机、平板和电动汽车等电子设备越来越普及，寻找高比容量电池日益迫切。然而，目前锂离子电池采用的石墨负极比容量只有372mAh g^-1，远远不能满足人们日益增长的需求，因此提高负极容量以及寻找新的可替代负极就成为解决该问题的关键。锂金属本身具有高达3860mAh g^-1的比容量，如果可以直接作为电池负极，电池容量将提高十倍。然而，阻碍其应用的原因之一就是循环过程中锂枝晶的生成，而采用气相合金化与脱合金制备的自支撑三维纳米多孔铜薄膜，可以作为锂金属电池中集流体来均匀电流密度，从而抑制锂枝晶生成。

此外，由于人们焚烧化石燃料，如石油、煤炭等，或砍伐森林并将其焚烧后产生大量的二氧化碳，即温室气体，这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度透过性，而对地球发射出来的长波辐射具有高度吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线，导致地球温度上升，即温室效应。全球变暖会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，不仅危害自然生态系统的平衡，还威胁人类的生存。然而，汽车限行、暂停生产等措施只有短期和局部效果，并不能从根本上改变气候变暖和雾霾污染。因此，利用催化剂将二氧化碳还原成有用的燃料气体，是解决该问题的途径之一。本方法中制备的纳米多孔银，可以作为二氧化碳还原反应的高效催化剂。

合金就是将两种或者两种以上的金属元素或以金属为基添加其他非金属元素通过合金化工艺而形成具有金属特性的材料。目前的金属合金化工艺主要有熔炼-凝固、机械合金化、烧结、气相沉积等。脱合金是指在一定条件下，合金材料中不同组分间由于电化学活性的差别，活性较大的金属溶解，而相对稳定的金属则通过扩散重组获得多孔结构。脱合金有化学脱合金、电化学脱合金、液态金属脱合金、气相脱合金等。

同之前制备纳米多孔金属的相关方法相比，目前制备多孔金属前驱体的方法比较传统，主要是真空熔炼+真空甩带或者是真空熔炼+压力加工，这种方式制备出来的前驱体合金形状单一且无法控制大小。而且，在一般情况下，以上方法制备出来的合金没有纯金属做基底，在脱合金之后得到的纳米多孔金属的机械性能差，不具有自支撑性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种全新的金属合金化以及纳米多孔金属/合金的制备方法，开拓了一种新的思路，此方法工艺简单、成分可控、可以得到不同宏观尺度与微观结构的纳米多孔金属及合金材料，而且可以实现规模化生产。

本发明的技术方案如下：

一种纳米多孔金属或合金的制备方法，包括如下步骤，

(1)选择低熔点金属A和物质B，所述物质B为过渡金属或者合金，将物质B作为基底金属，物质B和金属A可以经过高温退火实现合金化。

(2)将特定形状的物质B用丙酮超声清洗，再用酒精超声清洗，之后进行烘干。