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非晶合金脱合金化纳米结构与催化性能

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-10-27 17:10:41 浏览次数:0
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2017年,邓珍等人通过脱合金化对Fe基非晶合金条带进行表面微结构化,并成功增加其催化Fenton基AOP的性能。2019年来,张来昌课题组通过同样的方式进一步增加了非晶合金条带的比表面积并提高了降解性能。

脱合金化(Dealloying)是在腐蚀性介质中通过选择性腐蚀掉金属合金中较为活泼的一种或多种元素,剩余的惰性元素原子通过扩散而自发地形成纳米尺寸的海绵状多孔结构的过程。 通常来说,非晶态合金结构均匀,组元成分在较大范围内可以可控调节,是一类十分理想的脱合金化前驱体。目前,多种纳米多孔金属(Nanoporous metal,NPM)已以Pd基,Au基,Mg基,Zr基等非晶合金为前驱体成功制备。这些纳米多孔结构极大地增加了材料的比表面积,为化学反应的快速发生提供了必要的条件。

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纳米多孔金属,如NP-Pt, NP-Pd, NP-Ag,NP-Cu等已应用为电催化、燃料电池、传感器、锂离子电池等的电极材料,表现出了不凡的性能。目前有部分工作报道了将非晶态合金制备的纳米多孔金属应用为Fenton基AOP的催化剂,本小节主要总结这方面的工作。到目前为止,仅有纳米多孔铜应用于有机废水降解上。王树申等人将Zr55Cu30Ni10Al5微米球形粉末作为前驱体在HF溶液中脱合金化得到了球状纳米多孔铜,大大地增加了非晶粉末的比表面积,在酸性和中性两种情况下均发挥了高效催化降解甲基橙的能力。

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李睿等人对脱合金化得到的纳米多孔铜进行了表面改性,用热氧化的方法得到了CuO纳米线/Cu纳米多孔结构,其表现了高效分解H2O2降解亚甲基蓝的性能。值得注意的是,该工作中没有提到降解溶液pH的值,可能是不需要调节溶液pH,中性环境即可。尽管脱合金化增加了比表面积,然而催化剂依旧是粉状或条带状,分离问题依旧存在。目前,制备成型非晶态合金催化剂的方法有熔体甩带法、气雾化法、机械合金化法、化学还原法和热塑性成型法。其中,熔体甩带法、气雾化法和机械合金化法是目前常用的非晶合金制备方法。然而,这些技术手段仅能得到微米尺度的非晶合金材料,但其比表面积较小,催化效率有限。

化学还原法和热塑性成型法能有效制备纳米尺度非晶合金材料,可大大增加材料比表面积。耶鲁大学J. Schrores课题组利用热塑性成型法制备了多种纳米形貌的非晶合金材料增加了其比表面积。


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