多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法,屬于納米材料領(lǐng)域。主要解決的技術(shù)問題是，采用冷凍干燥技術(shù)設(shè)計多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的新型制備方法，并且合成多孔的金屬合金納米結(jié)構(gòu)。其步驟包括：1.將兩種或者多種金屬鹽，與氧化鋁納米粒子按比例混合并溶解成水溶液；2.將該水溶液混合攪拌均勻后，放入液氮中進行快速冷凍；3.將冷凍后的樣品放入冷凍干燥器中進行冷凍干燥，形成固體結(jié)構(gòu)；4.將冷凍干燥后的樣品放入肼蒸氣中進行還原；5.將還原后的固體放入堿性溶液中，去除氧化鋁，然后進行清洗和干燥。優(yōu)點在于可以簡單有效的制備多種不同金屬比例的合金多孔結(jié)構(gòu)，且可以通過控制氧化鋁的尺寸和含量來調(diào)控合金結(jié)構(gòu)中孔的尺寸和密度。
【專利說明】多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于利用粒子模版法結(jié)合冷凍干燥技術(shù)制備多孔合金結(jié)構(gòu)，具體涉及一種多孔合金結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備方法，屬于燃料電池正負極催化，合金主導(dǎo)的有機催化反應(yīng)等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]貴金屬納米結(jié)構(gòu)由于其良好的催化，光學，化學惰性等優(yōu)良特性，近年來受到工業(yè)界和科研界的眾多研究者的廣泛關(guān)注。貴金屬納米合金是以貴金屬(釕，銠，鈀，銀，鋨，銥，鉬，金)為主，同其他金屬復(fù)合產(chǎn)生的合金結(jié)構(gòu)，相對于單一的貴金屬納米材料，能夠提高其物理，化學，和力學等綜合性能。自1763年,最初合成鉬金合金以來,貴金屬合金廣泛應(yīng)用于多個工業(yè)部門，如能源領(lǐng)域，化工領(lǐng)域，數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域以及光學領(lǐng)域等等，并且發(fā)揮了非常重要的作用。
[0003]目前，貴金屬合金已經(jīng)被合成出了各種納米結(jié)構(gòu)，例如納米球,納米線,納米棒，以及納米核殼二元結(jié)構(gòu)和多面體等。同時，多孔結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等二維，三維結(jié)構(gòu)也被成功合成，并且由于其比表面積大，相對密度低，比強度高，滲透性好等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。合成方法也囊括了化學合成法，刻蝕方法，模板法等。但由于這些制備方法比較繁瑣，對孔徑和密度的控制有一定困難，同時，只針對少數(shù)貴金屬合金，不能廣泛應(yīng)用于多種貴金屬合金的制備，且不能大量制備，而在應(yīng)用方面受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服由于這些制備方法比較繁瑣，對孔徑和密度的控制有一定困難，同時，只針對少數(shù)貴金屬合金，不能廣泛應(yīng)用于多種貴金屬合金的制備，且不能大量制備，而在應(yīng)用方面受到限制的上述缺欠，提出一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法。
[0005]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，所述方法包括以下具體步驟:
[0007](I)首先將不同的金屬鹽，氧化鋁粉末，按照一定的合成比例進行混合，其中PdCl2和CuCl2的物質(zhì)的量比為1: 1，而氧化鋁粉末和金屬鹽混合物的體積比為1: 1，并溶于水中，形成水溶液；
[0008](2)將該溶液進行超聲，攪拌，待其混合均勻后注入離心管中，并放入液氮中進行快速冷凍；
[0009](3)將冷凍后的樣品取出，并放入冷凍干燥機中進行冷凍干燥，形成干燥后的固體結(jié)構(gòu)；
[0010](4)將冷凍干燥后的固體研磨成粉末結(jié)構(gòu)，并放入肼蒸氣中進行還原；
[0011](5)將還原后的固體結(jié)構(gòu)放入堿性溶液中，去除氧化鋁；
[0012](6)用水和乙醇對樣品進行攪拌，離心清洗，然后在真空箱中進行干燥。
[0013]采用氧化鋁做犧牲模版與金屬鹽按體積比為1:1進行混和，制備多孔合金結(jié)構(gòu)。
[0014]采用冷凍干燥技術(shù)對樣品進行納米尺寸下的結(jié)構(gòu)搭建，冷凍溫度為零下30°C，真空度在1Pa以下。
[0015]采用肼蒸氣方法對該樣品中金屬鹽進行還原處理，還原時間為24小時以上。
[0016]采用強堿溶液，即濃度為5M的NaOH溶液，對溶液中的氧化鋁模版進行溶液處理，得到多孔合金納米結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明利用氧化鋁粉末做犧牲模版，采用冷凍干燥法來實現(xiàn)合金結(jié)構(gòu)的搭建，并采用肼蒸氣進行金屬還原處理，接下來采用強堿溶液溶解氧化鋁模版。該方法方便簡單，可應(yīng)用多種不同合金材料合成，以及方便合金材料配比以及不同尺寸空隙結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，通過該方法可以獲得空隙均一的多孔合金納米結(jié)構(gòu)，并可以通過控制氧化鋁的尺寸和加入的量來調(diào)控合金結(jié)構(gòu)的孔隙尺寸和密度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1PdCu多孔合金結(jié)構(gòu)的制備流程圖；
[0019]圖2PdCu多孔合金結(jié)構(gòu)XRD表征；
[0020]圖3采用SEM對PdCu多孔合金結(jié)構(gòu)材料進行形貌表征。

【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖給出的實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0022]一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，所述方法包括以下具體步驟:
[0023]第一、將不同的金屬鹽，氧化鋁粉末，按照一定的合成比例進行混合，并溶于水中，形成水溶液。
[0024]第二、將該溶液進行超聲，攪拌，待其混合均勻后注入離心管中，并放入液氮中進行快速冷凍。
[0025]第三、將冷凍后的樣品取出，并放入冷凍干燥機中進行冷凍干燥，形成干燥后的固體結(jié)構(gòu)。
[0026]第四、將冷凍干燥后的固體研磨成粉末結(jié)構(gòu)，并放入肼蒸氣中進行還原。
[0027]第五、將還原后的固體結(jié)構(gòu)放入堿性溶液中(如NaOH，Κ0Η)中，去除氧化鋁。
[0028]第六、用水和乙醇對樣品進行攪拌，離心清洗，然后在真空箱中進行干燥。
[0029]本發(fā)明的【具體實施方式】如下:
[0030]實施例1
[0031] 在該實例中，按照圖1的流程，取0.177g PdCl2,，0170g CuCl2，以及0.6g Al2O3(粒子直徑50nm)，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入離心管中(1ml)，然后攪拌處理1min0并將其置入液氮中迅速冷卻。待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥(大約12h左右)。將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末。將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏?。待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液(濃度為1M)的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后(即無氣體生成)，進行震蕩處理。然后采用低速離心，離心速度為500rpm，時間為20min。收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCu合金多孔結(jié)構(gòu)。對該材料進行結(jié)構(gòu)XRD表征(如圖2)，顯示該材料中有明顯的Pd和Cu的特征峰。采用SEM對該材料進行形貌表征(如圖3)，顯示該材料是具有多孔的納米合金結(jié)構(gòu)，空隙為10nm左右。
[0032]實施例2
[0033]在該實例中，取0.177g PdCl2,，0170g CuCl2,以及 0.6g Al2O3(粒子直徑 500nm)，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入離心管中(1ml)，然后攪拌處理lOmin。并將其置入液氮中迅速冷卻。待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥(大約12h左右)。將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末。將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏４渫耆€原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液(濃度為1M)的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后(即無氣體生成)，進行震蕩處理。然后采用低速離心，離心速度為500rpm，時間為20min。收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCu合金多孔結(jié)構(gòu)。
[0034]實施例3
[0035]在該實例中，取0.177g PdCl2,0.510g CuCl2,以及 0.6g Al2O3(粒子直徑 500nm)，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入離心管中(1ml)，然后攪拌處理lOmin。并將其置入液氮中迅速冷卻。待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥(大約12h左右)。將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末。將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏４渫耆€原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液(濃度為1M)的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后(即無氣體生成)，進行震蕩處理。然后采用低速離心，離心速度為500rpm，時間為20min。收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCu3合金多孔結(jié)構(gòu)。
[0036]實施例4
[0037]在該實例中，取0.177g PdCl2,0.170g CuCl2,0.130g NiCl2 以及 0.6g Al2O3(粒子直徑500nm)，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入離心管中(1ml)，然后攪拌處理1min0并將其置入液氮中迅速冷卻。待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥(大約12h左右)。將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末。將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏?。待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液(濃度為1M)的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后(即無氣體生成)，進行震蕩處理。然后采用低速離心，離心速度為500rpm，時間為20min。收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCuNi合金多孔結(jié)構(gòu)。
[0038]實施例5
[0039] 在該實例中，取lmmol AgN02, lmmol Cu (N02) 2,以及 0.6g Al2O3(粒子直徑500nm)，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入離心管中(1ml)，然后攪拌處理lOmin。并將其置入液氮中迅速冷卻。待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥(大約12h左右)。將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末。將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏?。待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液(濃度為1M)的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后(即無氣體生成)，進行震蕩處理。然后采用低速離心，離心速度為500rpm，時間為20min。收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到AgCu合金多孔結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)首先將不同的金屬鹽，氧化鋁粉末，按照一定的合成比例進行混合，其中金屬鹽PdCl2和CuCl2的物質(zhì)的量比為1: 1，而氧化鋁粉末和金屬鹽混合物的體積比為1: 1，并溶于水中，形成水溶液； (2)將該溶液進行超聲，攪拌，待其混合均勻后注入離心管中，并放入液氮中進行快速冷凍； (3)將冷凍后的樣品取出，并放入冷凍干燥機中進行冷凍干燥，形成干燥后的固體結(jié)構(gòu)； (4)將冷凍干燥后的固體研磨成粉末結(jié)構(gòu)，并放入肼蒸氣中進行還原； (5)將還原后的固體結(jié)構(gòu)放入堿性溶液NaOH或KOH中，去除氧化鋁； (6)用水和乙醇對樣品進行攪拌，離心清洗，然后在真空箱中進行干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，采用氧化鋁做犧牲模版與金屬鹽按體積比為1:1進行混和，制備多孔合金結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，采用冷凍干燥技術(shù)對樣品進行納米尺寸下的結(jié)構(gòu)搭建，冷凍溫度為零下30°C，真空度在1Pa以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，采用肼蒸氣方法對該樣品中金屬鹽進行還原處理，還原時間為24小時以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制備方法，其特征在于，采用強堿溶液，即濃度為5M的NaOH溶液，對溶液中的氧化鋁模版進行溶液處理，得到多孔合金納米結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于， 取0.177g PdCl2,0.170g CuCl2，以及粒子直徑50nm的0.6g Al2O3，加入8ml水中，進行超聲30min，將其注入1ml的離心管中，然后攪拌處理1min ； 并將其置入液氮中迅速冷卻；待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥； 將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末； 將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏? 待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液，濃度為IM的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后即無氣體生成，進行震蕩處理；然后采用低速離心，離心速度為500rpm,時間為20min ； 收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，
取 0.177g PdCl2,0.170g CuCl2,以及粒子直徑 500nm 為 0.6g Al2O3，加入 8ml 水中，進行超聲30min，將其注入1ml離心管中，然后攪拌處理lOmin，并將其置入液氮中迅速冷卻，待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥； 將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末，將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏? 待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液濃度為IM的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后，即無氣體生成，進行震蕩處理； 然后采用低速離心，離心速度為500rpm,時間為20min ； 收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作； 將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCu合金多孔結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于， 取0.177g PdCl2,0.510g CuCl2，以及粒子直徑500nm 的0.6g Al2O3，加入8ml 水中，進行超聲30min,將其注入1ml離心管中，然后攪拌處理1min,并將其置入液氮中迅速冷卻；待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥；將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末； 將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏? 待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液濃度為IM的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后，即無氣體生成，進行震蕩處理； 然后采用低速離心，離心速度為500rpm,時間為20min ； 收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作； 將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCu3合金多孔結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于，
取 0.177g PdCl2,0.170g CuCl2,0.130g NiCl2 以及粒子直徑 500nm 的 0.6g Al2O3,加入8ml水中，進行超聲30min,將其注入1ml離心管中，然后攪拌處理1min,并將其置入液氮中迅速冷卻； 待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥，將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末； 將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏? 待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液濃度為IM的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后，即無氣體生成，進行震蕩處理； 然后采用低速離心，離心速度為500rpm,時間為20min ； 收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作； 將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到PdCuNi合金多孔結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的一種多孔金屬合金結(jié)構(gòu)的一種制備方法，其特征在于， 取 lmmol AgN02, Immol Cu (N02) 2,以及粒子直徑 500nm 的 0.6g Al2O3,加入 8ml 水中，進行超聲30min，將其注入1ml離心管中，然后攪拌處理lOmin，并將其置入液氮中迅速冷卻； 待其冷卻完全后取出，放入冷凍干燥機中，進行真空冷凍干燥處理，至完全干燥，將冷凍干燥后的固體結(jié)構(gòu)進行研磨，形成粉末； 將其均勻鋪開在玻璃培養(yǎng)皿中，并將該培養(yǎng)皿置于肼蒸氣中24h，進行金屬鹽的還原處理，其顏色由棕黃色變?yōu)榛液谏? 待其完全還原后，將其加入到含有1ml NaOH溶液濃度為IM的離心管中，待反應(yīng)穩(wěn)定后，即無氣體生成，進行震蕩處理； 然后采用低速離心，離心速度為500rpm,時間為20min ； 收集沉淀，向其中加入水，再進行震蕩，和低速離心處理，反復(fù)5次，完成清洗工作； 將沉淀進行收集，并在真空干燥箱中進行干燥處理，得到AgCu合金多孔結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】C22C1/08GK104178654SQ201410418024
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】崔小強, 王其鈺, 管偉明, 鄭偉濤 申請人:吉林大學, 貴研鉑業(yè)股份有限公司