來自鋰電的啟發：納米多孔合金的簡單高效製備方法

眾所周知，納米結構可以賦予許多材料其本身以外的特性，如高比表面積等。納米多孔金屬就是這樣一種材料，其不僅具有金屬本身的導電性、延展性以及可塑性，還有納米多孔結構所賦予的低密度和高比表面積，具有更好的催化活性和等離子體激元共振特性，在電池和電容器電極上也有極好的應用前景。

目前研究最廣泛的納米多孔金屬合成路線主要是通過化學或電化學方法從合金中除去相對廉價的元素，從而得到納米多孔金屬材料，如通過化學蝕刻銀可以利用銀-金合金製備納米多孔金。此外也有其他一些合成納米多孔金屬材料的方法，如燃燒合成法、嵌段共聚物模板法、金屬納米離子定向組裝法等等。

近日，美國加州大學聖地亞哥分校的研究人員提出了一種更為簡單、通用、易放大的納米多孔金屬的合成方法。他們通過固態轉化反應，使金屬與離子化合物形成納米複合物，隨後使用常用的有機溶劑將離子化合物洗去。由於不使用酸做蝕刻劑，不僅適用於貴金屬，對過渡金屬等非貴金屬，甚至金屬混合物和合金同樣適用，非常適合催化和磁性材料領域。相關研究成果發表在上周的ACS nano期刊上。(「A Scalable Synthesis Pathway to Nanoporous Metal Structures」)

通過轉化反應合成多孔納米金屬的示意圖

加州大學聖地亞哥分校華人科學家Liu Ping教授領導的研究團隊在研究鋰離子電池時獲得了啟發。他們研究了鋰和過渡金屬鹵化物之間的轉化反應，發現遵循通式MAx + xLiM + xLiA，其中過渡金屬鹵化物會被還原成純金屬。他們通過TEM觀察FeF3和Li的反應產物，發現Fe/LiF複合材料是由LiF基質包圍Fe納米顆粒而成的網路狀結構組成，其中Fe納米粒子大小寬度約為2-3nm。由此他們想到，如果將LiF用溶劑洗去，則可以得到納米多孔鐵材料。

研究人員研究發現，在這種轉化合成法中，主要通過兩個階段合成了這種納米多孔金屬：最初納米多孔結構在納米複合材料中形成，金屬和鹵化鋰相發生亞穩態分解，金屬原子被熱力學驅動進入到由相應鹵化鋰包圍的細絲網路中；然後，在使用甲醇去除鹵化鋰時使得多孔網路出現，不過這個過程會使部分結構重構，降低了最終孔的體積。

典型的轉化合成製備納米多孔金屬過程如下：

1、轉化反應：首先將無水金屬氯化物分散在己烷中，然後，加入過量的正丁基鋰己烷溶液，反應立即開始，在溶液不受干擾地反應24小時後過濾分離出固體，並用大量己烷沖洗，將所得粉末風乾。

2、純化反應：為了純化所得的納米複合物並形成納米多孔金屬，將納米複合物粉末在惰性氣氛下用無水甲醇洗滌，重複一次後將所得粉末風乾，並收集和儲存。

研究人員利用這種方法製備了納米多孔Co，Fe，Ni，Cu，Ag和Au。通過透射電鏡表徵發現，這些納米多孔金屬的晶體結構基本上是無定型的。金屬網路的尺寸則與目標金屬原子的遷移率和鹵化鋰的量有關。

這種轉化合成方法本質上與去金屬法類似，因此產生的結構也類似，不過去金屬法對於納米多孔混合金屬或合金無能為力，但這種轉化合成方法卻依然行之有效。可以說，該方法為納米多孔合金製備技術開闢了一條簡單有效、切實可行的路徑，具有較高的設計和工程應用意義。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！