肖雪 秦浩 何新昌 王曉丹

摘 ? ?要：概述了多孔金屬材料的優(yōu)良性能及在DPPFC中的應(yīng)用。介紹了多孔金屬材料的合成方法及氫氣模板法的突出特點(diǎn)，展望了多孔金屬材料的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：多孔金屬材料;DPPFC;電催化;氫氣泡模板法

一、多孔金屬材料簡(jiǎn)介

多孔金屬材料，即指金屬內(nèi)部彌散分布著大量的有方向性的或者隨機(jī)的孔洞。實(shí)際應(yīng)用中，多孔金屬材料會(huì)被應(yīng)用于各種不同的用途，對(duì)孔洞的要求不盡相同?？锥吹男螤羁梢允嵌喾N形態(tài)，如泡沫型、蜂窩型。納米多孔金屬材料因?yàn)樽陨淼慕Y(jié)構(gòu)而具有了很多特性，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等，這使得該材料擁有了良好的的磁、光、電方面的性能[1]。

二、多孔金屬材料的性能

（一）能量吸收性好

多孔金屬材料的能量吸收特性極為優(yōu)秀，這一特點(diǎn)可用于能量吸收器、減震緩沖器等機(jī)械的制造。

（二）制振效果好

特殊的制備工藝使得一些多孔材料內(nèi)部存在大量氣體，當(dāng)孔洞處于封閉時(shí)，材料本身接收到振動(dòng)源的能量時(shí)，內(nèi)耗將在材料內(nèi)部產(chǎn)生，可將震動(dòng)能量化解掉大部分。

（三）降噪效果好

在噪音源的隔離等領(lǐng)域多孔金屬材料也被廣泛的使用，這是因?yàn)樗麄兊奈暷芰σ彩滞怀?，在人流密集、聲音嘈雜的公共場(chǎng)所多孔材料的天花板可以很大幅度的減小噪音。

（四）比表面積大

極大的比表面積使得多孔金屬材料在電化學(xué)領(lǐng)域中可以被用于制作電極，多孔金屬材料的電極可以在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中大幅度的提高能量的釋放。

三、多孔金屬材料在DPPFC中的應(yīng)用

直接過(guò)氧化氫燃料電池（DPPFC）是以過(guò)氧化氫同時(shí)作為氧化劑和燃料的電池[2]。關(guān)于過(guò)氧化氫電氧化和電還原催化劑一般分為貴金屬和非貴金屬催化劑兩種，具有成本低、資源豐富、良好的導(dǎo)電性、尺寸和形狀可控制等優(yōu)點(diǎn)的電極催化劑越來(lái)越受到研究者的青睞。這種材料性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、環(huán)境友好，比表面積更大，還具有導(dǎo)熱率高、導(dǎo)電率高、抗腐蝕率高等特性。在電化學(xué)領(lǐng)域，多孔金屬材料是理想的電極材料，用于各種裝置。例如，電沉積得到的多孔金屬鎳或鈷可以作為載體也可以作為電極材料。將電池的兩極材料改為多孔電極材料，可以提高DPPFC電池的效率。由于多孔材料的孔徑是可調(diào)節(jié)的和規(guī)則的，比較大的比表面積和吸附容量，因此，它在燃料電池電催化等方面可發(fā)揮其巨大的作用。

四、多孔金屬材料的合成方法

現(xiàn)存的多孔金屬材料合成方法多種多樣[3]。常見的五種方法有：（1）粉末冶金法;（2）滲流法;（3）噴射沉積法;（4）熔體發(fā)泡法;（5）共晶定向凝固法。其中可準(zhǔn)確控制孔徑尺寸、工藝簡(jiǎn)潔、后續(xù)加工少的方法是滲流法。而其他四種常見方法存在著成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、工藝復(fù)雜等問(wèn)題。

近年來(lái)，氫氣泡模板法因其具有廉價(jià)、易制備、結(jié)構(gòu)可控以及簡(jiǎn)易的一步合成等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為研宄的熱點(diǎn)。氫氣泡模板法顧名思義是以氫氣泡為模板進(jìn)行多孔金屬材料的制備，該過(guò)程通常是在高度陰極極化的條件下進(jìn)行的，除了金屬離子的還原外還伴隨著劇烈的析氫反應(yīng)[4]。這個(gè)過(guò)程不但有金屬離子的還原，而且氫離子的還原反應(yīng)也同時(shí)在電極上發(fā)生，自基底析出的氫氣泡占據(jù)空間，然而這些空間被氫氣泡占據(jù)，致使金屬離子無(wú)法沉積，只能沉積在空隙間，從而以氫氣泡為模板形成了三維多孔金屬結(jié)構(gòu)。

五、多孔金屬材料的發(fā)展趨勢(shì)

就多孔金屬材料研究及發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，對(duì)多孔金屬材料的研究重點(diǎn)應(yīng)該放在多孔金屬的制備領(lǐng)域，因?yàn)樵谌蘸蟮冒l(fā)展中，制備方法、成本、耗時(shí)才是真正實(shí)際的、需要考慮的問(wèn)題，多孔金屬材料的孔結(jié)構(gòu)決定性能，性能決定用途與價(jià)值，因此多孔金屬材料制備領(lǐng)域的核心應(yīng)該是如何更好的控制產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)。多孔金屬材料的多孔結(jié)構(gòu)極大的增大了其比表面積，節(jié)約了有限的金屬資源，尤其價(jià)格昂貴的貴金屬，所以多孔金屬材料的研究以及其制備工藝的研究已逐漸成為了科學(xué)界研究的熱點(diǎn)，尤其是作為燃料電池的電極材料的研究近年來(lái)熱度不減，相信其優(yōu)良的性能會(huì)使多孔金屬材料的未來(lái)與前景更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]王錄才，于利民，王芳，李秀山，多孔泡沫金屬的研究及其前景展望[J]，太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23（1）：72-76

[2]Liu R， Ran L， Niu B， et al. Carbonization of Fe-based metal organic frameworks with mesoporous structure as electrocatalyst for catalysis of oxygen to hydrogen peroxide [J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology， 2018， 18（7）： 4667-4674.

[3]許慶彥，多空金屬的制備工藝方法綜述[J]，鑄造，2005，54（9）;40-43。

[4]孫雅峰.氫氣泡模板法電沉積制備多孔金屬薄膜.[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，（5）：21-23.

基金項(xiàng)目： 黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目，（項(xiàng)目編號(hào)：12541664）