文丨八周年生日
編輯丨八周年紀(jì)念
納米多孔金屬薄膜是一種結(jié)構(gòu)特殊、性能優(yōu)良的材料，在催化、吸附、傳感、能源等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
（資料圖片僅供參考）
納米多孔金屬薄膜具有高比表面積、可控的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能。通過(guò)控制金屬薄膜的制備方法和條件，可以獲得不同孔徑和孔形貌的納米多孔金屬薄膜。
納米多孔金屬薄膜可以通過(guò)多種方法制備，包括模板法、溶劑蒸發(fā)法、電化學(xué)法、氣相沉積法等。
模板法是制備納米多孔金屬薄膜常用的方法。該方法利用模板的孔隙結(jié)構(gòu)作為模具，在模板上沉積金屬材料，形成納米多孔金屬薄膜。模板可以是聚合物、膠體顆粒等有機(jī)材料，也可以是氧化鋁、硅等無(wú)機(jī)材料。其制備過(guò)程包括模板制備、模板浸漬、金屬沉積、模板去除等步驟。
溶劑蒸發(fā)法是將金屬溶液或金屬前驅(qū)體溶解在溶劑中，將溶液涂覆在基材表面，利用溶劑的蒸發(fā)過(guò)程形成納米多孔金屬薄膜。溶劑和蒸發(fā)速率的選擇可以調(diào)節(jié)薄膜的孔徑和形貌。
電化學(xué)方法控制電化學(xué)電解池中的電流和電位，使金屬電解沉積在基材表面，形成納米孔金屬薄膜。電化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜孔結(jié)構(gòu)和形貌的精確控制，同時(shí)具有較高的制備效率和可擴(kuò)展性。
氣相沉積方法包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積?；瘜W(xué)氣相沉積法是利用氣相前驅(qū)體在基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)沉積金屬薄膜，通過(guò)控制反應(yīng)條件和氣體流量來(lái)控制薄膜的孔隙結(jié)構(gòu)。物理氣相沉積法是在真空環(huán)境下沉積金屬原子或團(tuán)簇形成薄膜，還可以制備納米多孔金屬薄膜。
除了上述常用的制備方法外，還有許多其他方法用于制備納米多孔金屬薄膜。例如，溶膠-凝膠法、熱蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、離子束法等。這些方法可以在制備過(guò)程中控制和調(diào)節(jié)薄膜，以獲得所需的孔結(jié)構(gòu)和性能。
未來(lái)，納米多孔金屬薄膜的制備方法只會(huì)更加簡(jiǎn)單、高效。將對(duì)納米多孔金屬薄膜的結(jié)構(gòu)和性能控制進(jìn)行深入研究，以實(shí)現(xiàn)更好的性能優(yōu)化。其多樣性和靈活性足以滿足不同尺寸、形狀和材料的要求。
通過(guò)對(duì)納米多孔金屬薄膜的表征和分析，揭示其形成機(jī)制。在化學(xué)腐蝕過(guò)程中，腐蝕劑與金屬合金表面發(fā)生反應(yīng)，形成溶解產(chǎn)物和電子轉(zhuǎn)移。在隨后的熱處理過(guò)程中，高溫下的擴(kuò)散和金屬表面能的變化導(dǎo)致金屬元素聚集和重新分布，從而形成孔結(jié)構(gòu)。
脫合金過(guò)程中金屬元素的選擇性溶解和表面擴(kuò)散也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。深入了解形成機(jī)制將有助于進(jìn)一步優(yōu)化納米多孔金屬薄膜的制備條件和性能。
脫合金是一種特殊的腐蝕現(xiàn)象，是指合金中的一種或多種元素選擇性溶解，留下孔洞結(jié)構(gòu)，形成新的金屬或合金骨架。脫合金通常發(fā)生在多組分合金中，其中一種或幾種組分具有較高的溶解速率，而其他組分相對(duì)穩(wěn)定或具有較低的溶解速率。
合金中有不同的成分，其中一種或幾種具有較高的溶解速率。在合適的環(huán)境條件下，這些成分將開(kāi)始溶解并離開(kāi)合金表面。當(dāng)這些成分中的一種或幾種開(kāi)始溶解時(shí)，就會(huì)發(fā)生電荷不平衡。為了保持電荷平衡，溶液中的離子會(huì)遷移到合金表面或合金內(nèi)部。
溶液中的離子在電荷平衡的驅(qū)動(dòng)下向脫合金區(qū)域遷移并在合金內(nèi)擴(kuò)散。同時(shí)，離子的溶解也會(huì)引起溶液中濃度的變化，從而影響離子的擴(kuò)散速率。溶解組分的擴(kuò)散和離子遷移導(dǎo)致組分局部聚集并形成孔隙。隨著脫合金的進(jìn)行，這些孔隙逐漸擴(kuò)大并連接，形成具有特定孔隙結(jié)構(gòu)的骨架。
脫合金形成的條件包括合金成分的選擇、溶液的成分和條件以及合金中選擇性溶解成分的存在等因素。通常選擇溶解速率較高的成分作為脫合金的目標(biāo)，溶液中的成分和濃度對(duì)脫合金過(guò)程有重要影響。適當(dāng)?shù)娜芤航M成可以提供足夠的溶解度和離子傳輸能力。
溶液的pH值和電位會(huì)影響脫合金過(guò)程中的溶解速率和離子遷移速率。適當(dāng)調(diào)節(jié)溶液的pH值和電位可以控制脫合金的進(jìn)度。溫度影響脫合金過(guò)程的速率并控制孔的形成。
通常，較高的溫度會(huì)加速擴(kuò)散和遷移過(guò)程，從而提高脫合金率。但過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致非選擇性溶解和晶粒長(zhǎng)大，因此需要控制在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。
脫合金的形成需要一定的時(shí)間，時(shí)間過(guò)短可能導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)形成不完全，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則可能導(dǎo)致脫合金過(guò)度或非選擇性溶解。合金的微觀結(jié)構(gòu)（晶粒尺寸、晶界等）會(huì)影響脫合金過(guò)程中的離子擴(kuò)散速率和孔結(jié)構(gòu)形成。細(xì)晶粒和晶界可以提供更多的擴(kuò)散路徑并促進(jìn)孔隙形成。
脫合金是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其形成需要適當(dāng)選擇合金成分、控制溶液成分和條件。通過(guò)調(diào)節(jié)這些因素，可以精確控制納米多孔金屬薄膜的孔結(jié)構(gòu)和形貌，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的性能和應(yīng)用潛力。
納米多孔金屬薄膜的結(jié)構(gòu)特征是指其孔結(jié)構(gòu)、表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)特征對(duì)納米多孔金屬薄膜的性能和應(yīng)用具有重要影響。
納米多孔金屬薄膜具有高度可控的孔結(jié)構(gòu)?？紫犊梢允乔蛐?、柱狀、片狀等，尺寸通常在幾納米到幾十納米之間。孔結(jié)構(gòu)參數(shù)包括孔徑、孔分布和孔連通性等，這些參數(shù)直接影響物質(zhì)的擴(kuò)散、催化反應(yīng)和吸附性能。
納米多孔金屬薄膜的表面通常具有豐富的形貌特征，如平坦、多孔、粗糙或納米結(jié)構(gòu)。這些表面形貌可以提供更大的比表面積，增加反應(yīng)活性位點(diǎn)和吸附位點(diǎn)，從而提高催化活性和吸附性能。
納米多孔金屬薄膜的晶體結(jié)構(gòu)通常與所選金屬材料一致。晶體結(jié)構(gòu)的特征包括晶胞參數(shù)、晶面取向和晶粒尺寸。這些特性對(duì)納米多孔金屬薄膜的物理化學(xué)性能和應(yīng)力分布起著重要作用。
孔隙內(nèi)表面具有高度活躍且特殊的化學(xué)環(huán)境。這是由于高比表面積帶來(lái)的效應(yīng)，使得孔內(nèi)表面成為催化反應(yīng)、吸附、分離等過(guò)程的關(guān)鍵位置。均勻的孔隙分布可以提供更好的擴(kuò)散路徑和物質(zhì)轉(zhuǎn)移性能，而不均勻的孔隙分布可能導(dǎo)致局部堵塞或反應(yīng)分布不均勻。
納米多孔金屬薄膜具有高度可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)和豐富的活性表面，使其在催化領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。通過(guò)調(diào)節(jié)孔結(jié)構(gòu)和表面形貌，可以增加活性位點(diǎn)的暴露量，提高反應(yīng)物的擴(kuò)散速率，增強(qiáng)反應(yīng)選擇性，從而實(shí)現(xiàn)高效的催化反應(yīng)。納米多孔金屬薄膜在有機(jī)合成、電化學(xué)催化、光催化等催化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
其孔隙結(jié)構(gòu)和表面特性賦予其優(yōu)異的吸附性能。通過(guò)調(diào)節(jié)孔徑和表面功能化，可以實(shí)現(xiàn)特定氣體或液體分子的高效吸附和分離。納米多孔金屬薄膜在氣體分離、儲(chǔ)氫、吸附制冷等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
納米多孔金屬薄膜的高比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)為傳感器提供了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)在納米多孔金屬薄膜上修飾特定的功能分子或納米顆粒，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)物質(zhì)、生物分子或環(huán)境參數(shù)的高靈敏檢測(cè)。納米多孔金屬薄膜在氣體傳感、生物傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)異的傳感性能。
在能源領(lǐng)域，納米多孔金屬薄膜可作為催化劑載體，提高燃料電池和金屬空氣電池的催化效率和穩(wěn)定性。此外，納米多孔金屬薄膜還可用于電解水制氫、光催化水分解、鋰離子電池和超級(jí)電容器等能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)裝置，以提高其性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
所制備的納米多孔金屬薄膜的主要關(guān)注點(diǎn)是其催化性能和應(yīng)用潛力。通過(guò)催化活性測(cè)試，評(píng)估納米多孔金屬薄膜在重要催化反應(yīng)中的活性和選擇性。同時(shí)對(duì)其電化學(xué)性能、吸附性能、傳感性能進(jìn)行研究，揭示納米多孔金屬薄膜在能源轉(zhuǎn)換、環(huán)境治理、生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
未來(lái)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化納米多孔金屬薄膜的制備方法和工藝，探索新的合成策略和材料組合，以實(shí)現(xiàn)更高的孔隙率和更好的性能。同時(shí)，我們將對(duì)納米多孔金屬薄膜的形成機(jī)理進(jìn)行深入研究，從微觀層面了解金屬薄膜的結(jié)構(gòu)演化和表面重構(gòu)過(guò)程。
參考：
[1] 脫合金制備納米多孔金屬材料的研究進(jìn)展[J].譚秀蘭；唐永?。粍⒂?；羅江山；李凱；劉曉波.材料導(dǎo)報(bào)，2009(05)
[2] 一種納米多孔金薄膜的制備方法[J].周慧；金蘭；徐偉.復(fù)旦大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（03）
[3] 納米多孔鎳基合金電極對(duì)制氫反應(yīng)具有高催化活性[J].康建立；李亦飛。天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017（06）
[4] 泡沫鈦合金的研究進(jìn)展[J].張艷；唐慧萍；李增峰；項(xiàng)常樹(shù).稀有金屬材料與工程，2010（S1）
[5]聚氨酯海綿浸潤(rùn)法制備高孔隙率泡沫銅[J].吳成；喬冠軍；王宏杰；金志浩.稀有金屬材料與工程，2009（04）
[6] 陽(yáng)極氧化鋁模板熱擴(kuò)散法制備MoO_x納米陣列[J].王帆、張玉玲、魏慶碩、吳凱、謝友昌。物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2004（06）
