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纳米多孔铜制备及其电化学性能研究

王莹 , 梁淑华 , 杨卿

稀有金属材料与工程

通过真空熔炼和快速凝固技术制备了Cu-55Al (at％)合金铸锭和快淬薄带,用稀盐酸浸泡法对所得合金进行了化学脱合金.采用XRD、SEM和TEM等方法对脱合金前后的相组成及微观形貌进行了表征.结果表明,合金原始物相均由AlCu和Al2Cu相组成,快淬薄带中Al2Cu相含量更高.二者经脱合金后均能获得三维无序网状多孔铜,孔带平均尺寸分别为83、58 nm.此外,块体多孔铜中虽有少量Al残余,但孔带光滑完整.而合金薄带虽然能够完全脱Al,但孔带表面粗糙,并含有少量的Cu2O.电化学测试表明,多孔铜在碱性条件下电氧化甲醇的电流密度较光滑铜电极提高了25倍,同时还表现出优良的电容性能.

关键词: 脱合金 , 纳米多孔铜 , 循环伏安法 , 电化学性能

去合金化制备纳米多孔铜及铜合金的最新研究进展?

禹贤斌 , 李永喜 , 袁斌

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2015.015.025

纳米多孔铜及铜合金能够通过去合金化法进行高效可控的制备，由于其展现出优异的物理和化学性能，并且价格低廉，有望取代纳米多孔贵金属(如多孔金等)，在催化、生物传感器、能源等领域展现巨大的应用潜力。系统地总结了近5年来纳米多孔铜及铜合金在去合金化孔洞形成机理、制备工艺探索、性能表征及应用方面的一些最新研究进展。在此基础上提出纳米多孔铜及铜合金3个最有可能的研究方向。

关键词: 去合金化 , 纳米多孔金属 , 纳米多孔铜 , 铜及铜合金

合金初始组织对纳米多孔铜孔形成和孔结构的影响

方秀梅 , 连利仙 , 刘颖 , 唐颖 , 王勋

稀有金属材料与工程

通过对铸态、热轧态、固溶态等不同初始组织状态的Cu4Mn6合金进行自腐蚀去合金化制备纳米多孔铜块体材料,研究了合金初始组织对去合金化过程、孔形成和孔微观结构的影响.采用XRD、SEM、EDS等分析了样品腐蚀前后的相组成、微观形貌和元素含量.结果表明,合金初始组织对去合金化过程和孔结构具有重要的影响,固溶态合金是制备成分纯净、结构均匀的纳米多孔金属的最佳前驱体.铸态和热轧态合金由于Cu元素分布不均,构成贫铜区和富铜区,不利于去合金化过程的进行,腐蚀后形成由纳米孔伴有微米孔的双级孔径结构,而固溶态合金由于其初始组织成分均匀,利于Mn元素的选择性溶解和Cu元素的重组,完成去合金化所需时间最短,Mn残留量最低,去合金化后可形成孔径均匀的三维连通纳米多孔结构.

关键词: 纳米多孔铜 , 去合金化 , 初始组织 , 孔形成过程 , 微观结构

Al-Cu合金成分对去合金化制备纳米多孔铜的影响

周琦 , 周全 , 张兵 , 贾建刚 , 吴海涛

材料热处理学报

采用快速凝固与去合金化相结合的方法制备纳米多孔铜,用XRD、SEM分析样品的相组成和微观形貌,研究前驱体AlCu合金成分对纳米多孔铜微观结构及Al2Cu、AlCu协同性腐蚀的影响.结果表明:Cu原子分数为33％时,去合金化后形成具有双连续结构的纳米多孔铜；Cu原子分数为38％时,形成比表面积更高、更均匀细小的双连续结构纳米多孔铜,平均孔径尺寸约100 ～ 150 nm,平均系带尺寸约50 ～ 80 nm；Cu原子分数为43％时,形成了双连续结构的纳米多孔铜并在其中分散着纳米颗粒聚集体；Cu原子分数为50％时,形成了纳米颗粒聚集的纳米多孔铜.实验发现,Al2Cu、AlCu腐蚀的协同作用对双连续结构的形貌有重要的影响.

关键词: 快速凝固 , 去合金化 , 纳米多孔铜 , 双连续结构

去合金化工艺对纳米多孔铜孔结构的影响

谭秀兰 , 李恺 , 刘颖 , 吴卫东 , 罗江山 , 唐永建

稀有金属材料与工程

以Mn-Cu合金为前驱体合金,在酸溶液中腐蚀去合金化成功制备出孔径尺寸为纳米量级的纳米多孔铜.研究了去合金化工艺参数中的酸溶液成分、腐蚀时间及腐蚀温度对最终纳米多孔铜孔结构及Mn的选择性腐蚀程度影响.结果表明:在0.1 mol/L HCl溶液中自由腐蚀去合金化后可得到孔结构均匀的纳米多孔铜;随着腐蚀时间的延长,孔结构有显著变化,腐蚀2 d所得纳米多孔铜样品的孔结构呈蜂窝状,腐蚀5 d所得样品的孔结构呈均匀的三维网络状结构,而后随着腐蚀时间的延长,孔壁逐渐粗化;随着腐蚀温度升高到60℃,样品中的残余Mn含量降低明显.通过调整去合金化工艺,实验所制备的纳米多孔铜孔结构呈均匀的三维网络状,孔隙率为57.7%,平均孔径尺寸约140 nm.

关键词: 纳米多孔铜 , 去合金化 , 制备 , 形貌

微掺杂Ni对纳米多孔铜微观结构和电化学性能的影响?

王子玉 , 刘旭燕 , 潘登

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.026

利用高频感应熔炼和熔融快淬方法制备出Cu-Al-Ni快淬条带.在稀盐酸高温水浴条件下对所得条带进行脱合金，成功制备出纳米多孔铜.采用XRD和SEM对脱合金前后条带的相组成和微观形貌进行分析.结果表明，快淬合金条带物相由四方 Al2 Cu 和立方 Al4 Cu9相组成.条带经脱合金后获得双连续结构的纳米多孔铜，而且所得纳米多孔铜孔径会随Ni含量的增加而减小.电化学测试表明，掺杂Ni的Cu-Al合金条带所制备出的纳米多孔铜在碱性条件下，电氧化甲醇的电流密度较未掺杂 Ni 制备出的纳米多孔铜有一定程度的提升，其中Ni掺杂量为5％(原子分数)时纳米多孔铜电氧化甲醇的电流密度可提升3．5倍.

关键词: 微掺杂 , 脱合金 , 纳米多孔铜 , 循环伏安法 , 电化学性能

Cu0.3Mn0.7去合金化制备纳米多孔铜块体材料

刘海 , 刘颖 , 连利仙 , 庾正伟 , 孙文泽 , 石博

稀有金属材料与工程

采用去合金化法对Cu0.3Mn0.7合金进行自腐蚀制备出厚度为1 mm的纳米多孔铜块体材料.采用XRD、SEM、EDS、AAS等分析了样品的相组成、微观形貌和元素含量.结果表明:样品在室温0.1 mol/L盐酸溶液中自腐蚀10 d,得到成分单一,结构均匀的三维连通纳米多孔铜块体材料,其表面平均孔径尺寸约125 nm,平均骨架尺寸约80 nm,横截面平均孔径尺寸约300 nm.

关键词: 去合金化 , 纳米多孔铜 , 选择性溶解

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