鋁基合金的去合金化及納米多孔金屬的形成研究.pdf

1、本文采用A1作為初始合金中的次貴金屬組元，與一系列貴金屬組元(Ag，Pd，Au/Pt等)按照一定成分比例熔煉并通過快速凝固方法獲得相應(yīng)的鋁基初始合金，在相關(guān)腐蝕溶液中(本文中采用5wt.％HCl溶液和20wt.％NaOH溶液)進(jìn)行化學(xué)去合金化處理獲得了相應(yīng)的納米多孔單金屬、雙(三)金屬納米多孔合金。通過X-射線衍射、掃描/透射電鏡等分析手段發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Al-Ag體系，快速凝固Al-15～50Ag合金主要由α-Al(Ag)和Ag2Al兩個(gè)相

2、組成，而Al-60Ag合金則完全由單一的Ag2Al組成。α-Al(Ag)和Ag2Al兩個(gè)相共存時(shí)，由于產(chǎn)生的協(xié)同去合金效應(yīng)以及銀原子具有高的擴(kuò)散速率使得去合金后獲得的納米多孔銀表現(xiàn)出均勻分布的典型雙連續(xù)韌帶.通道多孔結(jié)構(gòu)；在5wt.％HCl溶液中，Al-15～40Ag合金可以發(fā)生完全去合金化形成單相面心立方銀多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)銀含量繼續(xù)增大，則部分Ag2Al相不能被去合金化而保存到韌帶內(nèi)部；隨著初始合金中銀含量的增大，去合金后韌帶尺寸呈現(xiàn)逐漸

3、變大的趨勢(shì)；Al-60Ag單相合金僅能在熱的濃鹽酸環(huán)境下發(fā)生表面去合金行為，隨后即發(fā)生鈍化現(xiàn)象，說明此時(shí)合金成分已接近Al-Ag系合金的去合金臨界成分。對(duì)于Al-Pd體系，快速凝固Al80Pd20合金主要由α-Al和Al3Pd兩相組成，去合金過程中α-Al相首先被腐蝕形成大尺寸通道，Al3Pd相則發(fā)生去合金化形成納米多孔鈀，當(dāng)選用5wt.％HCl溶液和20wt.％NaOH溶液進(jìn)行去合金化處理時(shí)，分別獲得了韌帶尺寸為～20 nm和～5 n

4、m的納米多孔鈀材料。這種通過去合金化獲得的納米多孔鈀材料具有與鈀納米粒子類似的電化學(xué)性質(zhì)，具有大的電化學(xué)表面積，對(duì)甲醇、乙醇和甲酸等有機(jī)小分子表現(xiàn)出優(yōu)越的電催化氧化活性，有望在相應(yīng)的電催化及燃料電池領(lǐng)域獲得實(shí)際的應(yīng)用。并且我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過球磨處理的Al77Pd23合金粉末主要由Al3Pd相組成，α-Al相的含量進(jìn)一步減少，通過在堿性溶液中去合金化處理獲得粉末狀雷尼鈀，這種雷尼鈀粉末顯然可以較容易的大量制備，并且同樣對(duì)乙醇等有機(jī)小分子表現(xiàn)出良

5、好的電催化活性，有望投入到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中去。
　　 本文通過在單相Al2Au初始合金中添加適量的Pt、Pd等元素替代等量的Au，發(fā)現(xiàn)其相組成不發(fā)生變化，Pt，Pd原子占據(jù)Au的晶格位點(diǎn)，僅發(fā)生了微量的晶格收縮，形成相應(yīng)的單相Al2(Au，Pt)，Al2(Au，Pd)，Al2(Au，Pd，Pt)金屬間化合物。這種經(jīng)過摻雜的初始合金去合金化過程中由于摻雜原子對(duì)于金原子的釘扎作用，使得形成多孔合金的韌帶尺寸明顯減小，且腐蝕溶液種類和

6、摻雜量對(duì)韌帶尺寸存在調(diào)制作用，當(dāng)采用氫氧化鈉作為腐蝕溶液時(shí)可以獲得3-5nm的超細(xì)孔結(jié)構(gòu)，最佳的摻雜量在10 at.％到20 at.％之間，并且Pt摻雜具有比Pd摻雜更優(yōu)越的韌帶細(xì)化效果。由于Pt、Pd摻雜原子與周圍金原子環(huán)境的協(xié)同作用，這類納米多孔合金材料可以獲得比單純的多孔金更優(yōu)越的甲醇和甲酸電催化活性。通過快速凝固方法獲得的Al70Pd30合金由Al3Pd和Al3Pd2兩種金屬間化合物相組成，其中Al3Pd相可以發(fā)生去合金化形成納

7、米多孔鈀，而Al3Pd2則表現(xiàn)出完全惰性，保留下來并被埋置于納米多孔鈀基體中，其致密結(jié)構(gòu)導(dǎo)致這種納米多孔鈀復(fù)合材料的電化學(xué)活性面積較純納米多孔鈀減小。Al75Pd17.5Au7.5三元合金由兩種經(jīng)過摻雜的金屬間化合物相組成，即Al3(Pd，Au)和Al2(Au，Pd)，去合金化后形成了np-Pd(Au)和np-Au(Pd)兩種多孔固溶合金結(jié)構(gòu)交替結(jié)合在一起的多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，由于低擴(kuò)散速率原子的摻入，np-Au(Pd)區(qū)域的韌帶/通道尺寸明