多孔金屬材料用于DPPFC電催化的研究

肖雪 秦浩 何新昌 王曉丹

摘 ? ?要：概述了多孔金屬材料的優良性能及在DPPFC中的應用。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，展望了多孔金屬材料的發展趨勢。

關鍵詞：多孔金屬材料;DPPFC;電催化;氫氣泡模板法

一、多孔金屬材料簡介

多孔金屬材料，即指金屬內部彌散分布著大量的有方向性的或者隨機的孔洞。實際應用中，多孔金屬材料會被應用于各種不同的用途，對孔洞的要求不盡相同。孔洞的形狀可以是多種形態，如泡沫型、蜂窩型。納米多孔金屬材料因為自身的結構而具有了很多特性，如表面效應、小尺寸效應等，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秀，這一特點可用于能量吸收器、減震緩沖器等機械的制造。

（二）制振效果好

特殊的制備工藝使得一些多孔材料內部存在大量氣體，當孔洞處于封閉時，材料本身接收到振動源的能量時，內耗將在材料內部產生，可將震動能量化解掉大部分。

（三）降噪效果好

在噪音源的隔離等領域多孔金屬材料也被廣泛的使用，這是因為他們的吸聲能力也十分突出，在人流密集、聲音嘈雜的公共場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領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反應過程中大幅度的提高能量的釋放。

三、多孔金屬材料在DPPFC中的應用

直接過氧化氫燃料電池（DPPFC）是以過氧化氫同時作為氧化劑和燃料的電池[2]。關于過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、良好的導電性、尺寸和形狀可控制等優點的電極催化劑越來越受到研究者的青睞。這種材料性能優良、經濟環保、環境友好，比表面積更大，還具有導熱率高、導電率高、抗腐蝕率高等特性。在電化學領域，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節的和規則的，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揮其巨大的作用。

四、多孔金屬材料的合成方法

現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）熔體發泡法;（5）共晶定向凝固法。其中可準確控制孔徑尺寸、工藝簡潔、后續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、耗時長、工藝復雜等問題。

近年來，氫氣泡模板法因其具有廉價、易制備、結構可控以及簡易的一步合成等優點而逐漸成為研宄的熱點。氫氣泡模板法顧名思義是以氫氣泡為模板進行多孔金屬材料的制備，該過程通常是在高度陰極極化的條件下進行的，除了金屬離子的還原外還伴隨著劇烈的析氫反應[4]。這個過程不但有金屬離子的還原，而且氫離子的還原反應也同時在電極上發生，自基底析出的氫氣泡占據空間，然而這些空間被氫氣泡占據，致使金屬離子無法沉積，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構。

五、多孔金屬材料的發展趨勢

就多孔金屬材料研究及發展現狀來說，對多孔金屬材料的研究重點應該放在多孔金屬的制備領域，因為在日后得發展中，制備方法、成本、耗時才是真正實際的、需要考慮的問題，多孔金屬材料的孔結構決定性能，性能決定用途與價值，因此多孔金屬材料制備領域的核心應該是如何更好的控制產品的孔結構。多孔金屬材料的多孔結構極大的增大了其比表面積，節約了有限的金屬資源，尤其價格昂貴的貴金屬，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界研究的熱點，尤其是作為燃料電池的電極材料的研究近年來熱度不減，相信其優良的性能會使多孔金屬材料的未來與前景更加廣闊。

參考文獻：

[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]，太原重型機械學院學報，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].浙江師范大學學報，2014，（5）：21-23.

基金項目： 黑龍江省教育廳科學技術項目，（項目編號：12541664）