纳米多孔银基合金的脱合金法制备与性能研究

摘要

纳米多孔金属材料是指具有纳米级尺寸孔洞的金属材料。纳米级的孔洞，以及开放性的三维贯通的韧带/通道结构，使材料具有极高的比表面积，因而表现出独特的物理、化学、光学等性能，在催化、传感、激发、光学等领域具有巨大的应用潜力。脱合金法是制备纳米多孔金属材料的常用方法，其实质是将合金中的一种或多种活性组元选择性腐蚀，通过惰性组元的表面扩散和聚集而形成纳米多孔结构。利用脱合金法制备纳米多孔金属材料是近年来纳米材料领域的新兴研究方向，对脱合金法进行系统地研究，对功能纳米材料的合成具有重要意义。
　　 本文中，通过酸溶液对快速凝固Mg-Ag基前驱体合金薄带进行化学脱合金处理，制备Ag-基纳米多孔金属材料。通过X射线衍射，扫描/透射电子显微镜，电化学分析，X射线光电子能谱等手段对脱合金过程和纳米多孔结构进行表征。系统研究了前驱体合金成分、脱合金溶液及第三元素掺杂对脱合金过程和纳米多孔结构的影响;对纳米多孔Ag-Pd双金属材料的氢敏性能和催化活性进行了表征;并分析了Mg-Ag系前驱体合金中的空位对脱合金过程的影响。研究发现，快速凝固Mg77Ag23前驱体合金薄带主要由Mg54Ag17相组成，而Mg65Ag35和Mg50Ag50前驱体合金薄带均由单一的MgAg相组成。Mg50Ag50前驱体合金薄带在盐酸溶液中呈惰性，不能脱合金化，而Mg77Ag23和Mg65Ag35前驱体合金薄带均能完全脱合金化，制备出具有典型三维双连续纳米多孔结构的Ag材料。随着Mg-Ag系前驱体合金中Ag含量的增加，脱合金难度增大，且制备的纳米多孔Ag结构中韧带尺寸增大，表明前驱体合金成分和相组成对脱合金过程和纳米多孔结构有显著影响。对Mg77Ag23前驱体合金薄带在不同酸性溶液中的脱合金行为进行研究，发现Mg77Ag23前驱体合金在多种酸性溶液中均能完全脱合金化，并得到具有不同微观结构的纳米多孔Ag材料。选择合适的脱合金溶液，能够得到韧带尺寸细化，且无微观裂纹的纳米多孔Ag材料。向Mg-Ag前驱体合金中掺杂少量第三元素Pd，形成Mg-Ag-Pd三元前驱体合金。对Mg-Ag-Pd三元前驱体合金进行脱合金处理，能够形成具有超细纳米多孔结构的Ag-Pd双金属材料。该纳米多孔结构呈现双模式特点，由三维贯通的岛屿/通道结构组成，且岛屿内部也呈纳米多孔结构，由超细的韧带和通道共同组成。纳米多孔Ag-Pd双金属材料具有优异的氢敏性能，且对乙醇电氧化具有较高的催化活性。调整前驱体合金成分，改变脱合金溶液，或掺杂第三元素，能够实现纳米多孔结构的微观调控，制备出韧带/通道结构细化，无微观裂纹，且具有优异性能的纳米多孔金属材料。此外，由MgAg相组成的MgAg100-x(x=65，62，58，54，50)前驱体合金薄带在盐酸溶液中表现出不同的脱合金行为，表明前驱体合金中的空位含量对脱合金过程有显著影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米多孔金属材料的发展及应用

1．2 纳米多孔金属的脱合金法制备及发展

1．2．1 常用制备方法

1．2．2 脱合金法的发展和研究现状

1．3 本文研究意义和主要研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 主要研究内容

1．4 本文主要创新点

第二章 实验方法及设备

2．1 研究方案及技术路线

2．2 实验材料、试剂及相关仪器

2．2．1 实验材料及试剂

2．2．2 实验仪器及设备

2．3 纳米多孔金属材料的制备

2．3．1 制备前驱体合金

2．3．2 脱合金法制备纳米多孔金属材料

2．4 材料表征测试方法

2．4．1 X射线衍射

2．4．2 扫描电子显微镜

2．4．3 透射电子显微镜

2．4．4 X射线光电子能谱仪

第三章 Mg-Ag系合金的脱合金化和纳米多孔Ag的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 前驱体合金成分对脱合金过程和纳米多孔结构的影响

3．3．2 脱合金溶液对脱合金过程和纳米多孔结构的影响

3．4 结论

第四章 Mg-Ag-Pd合金的脱合金化和纳米多孔Ag-Pd双金属材料的制备及性能表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 Mg-Ag-Pd合金的脱合金化和纳米多孔Ag-Pd双金属材料的制备

4．3．2 纳米多孔Ag-Pd双金属材料的氢敏性能

4．3．3 纳米多孔Ag-Pd双金属材料的电催化活性

4．4 结论

第五章 Mg-Ag系合金的脱合金机理研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 实验结果与讨论

5．4 结论

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

学位论文评阅及答辩情况表