多孔金属材料用于DPPFC电催化的研究

肖雪 秦浩 何新昌 王晓丹

摘    要：概述了多孔金属材料的优良性能及在DPPFC中的应用。介绍了多孔金属材料的合成方法及氢气模板法的突出特点，展望了多孔金属材料的发展趋势。

关键词：多孔金属材料;DPPFC;电催化;氢气泡模板法

一、多孔金属材料简介

多孔金属材料，即指金属内部弥散分布着大量的有方向性的或者随机的孔洞。实际应用中，多孔金属材料会被应用于各种不同的用途，对孔洞的要求不尽相同。孔洞的形状可以是多种形态，如泡沫型、蜂窝型。纳米多孔金属材料因为自身的结构而具有了很多特性，如表面效应、小尺寸效应等，这使得该材料拥有了良好的的磁、光、电方面的性能[1]。

二、多孔金属材料的性能

（一）能量吸收性好

多孔金属材料的能量吸收特性极为优秀，这一特点可用于能量吸收器、减震缓冲器等机械的制造。

（二）制振效果好

特殊的制备工艺使得一些多孔材料内部存在大量气体，当孔洞处于封闭时，材料本身接收到振动源的能量时，内耗将在材料内部产生，可将震动能量化解掉大部分。

（三）降噪效果好

在噪音源的隔离等领域多孔金属材料也被广泛的使用，这是因为他们的吸声能力也十分突出，在人流密集、声音嘈杂的公共场所多孔材料的天花板可以很大幅度的减小噪音。

（四）比表面积大

极大的比表面积使得多孔金属材料在电化学领域中可以被用于制作电极，多孔金属材料的电极可以在电化学反应过程中大幅度的提高能量的释放。

三、多孔金属材料在DPPFC中的应用

直接过氧化氢燃料电池（DPPFC）是以过氧化氢同时作为氧化剂和燃料的电池[2]。关于过氧化氢电氧化和电还原催化剂一般分为贵金属和非贵金属催化剂两种，具有成本低、资源丰富、良好的导电性、尺寸和形状可控制等优点的电极催化剂越来越受到研究者的青睐。这种材料性能优良、经济环保、环境友好，比表面积更大，还具有导热率高、导电率高、抗腐蚀率高等特性。在电化学领域，多孔金属材料是理想的电极材料，用于各种装置。例如，电沉积得到的多孔金属镍或钴可以作为载体也可以作为电极材料。将电池的两极材料改为多孔电极材料，可以提高DPPFC电池的效率。由于多孔材料的孔径是可调节的和规则的，比较大的比表面积和吸附容量，因此，它在燃料电池电催化等方面可发挥其巨大的作用。

四、多孔金属材料的合成方法

现存的多孔金属材料合成方法多种多样[3]。常见的五种方法有：（1）粉末冶金法;（2）渗流法;（3）喷射沉积法;（4）熔体发泡法;（5）共晶定向凝固法。其中可准确控制孔径尺寸、工艺简洁、后续加工少的方法是渗流法。而其他四种常见方法存在着成本高、耗时长、工艺复杂等问题。

近年来，氢气泡模板法因其具有廉价、易制备、结构可控以及简易的一步合成等优点而逐渐成为研宄的热点。氢气泡模板法顾名思义是以氢气泡为模板进行多孔金属材料的制備，该过程通常是在高度阴极极化的条件下进行的，除了金属离子的还原外还伴随着剧烈的析氢反应[4]。这个过程不但有金属离子的还原，而且氢离子的还原反应也同时在电极上发生，自基底析出的氢气泡占据空间，然而这些空间被氢气泡占据，致使金属离子无法沉积，只能沉积在空隙间，从而以氢气泡为模板形成了三维多孔金属结构。

五、多孔金属材料的发展趋势

就多孔金属材料研究及发展现状来说，对多孔金属材料的研究重点应该放在多孔金属的制备领域，因为在日后得发展中，制备方法、成本、耗时才是真正实际的、需要考虑的问题，多孔金属材料的孔结构决定性能，性能决定用途与价值，因此多孔金属材料制备领域的核心应该是如何更好的控制产品的孔结构。多孔金属材料的多孔结构极大的增大了其比表面积，节约了有限的金属资源，尤其价格昂贵的贵金属，所以多孔金属材料的研究以及其制备工艺的研究已逐渐成为了科学界研究的热点，尤其是作为燃料电池的电极材料的研究近年来热度不减，相信其优良的性能会使多孔金属材料的未来与前景更加广阔。

参考文献：

[1]王录才，于利民，王芳，李秀山，多孔泡沫金属的研究及其前景展望[J]，太原重型机械学院学报，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]许庆彦，多空金属的制备工艺方法综述[J]，铸造，2005，54（9）;40-43。

[4]孙雅峰.氢气泡模板法电沉积制备多孔金属薄膜.[J].浙江师范大学学报，2014，（5）：21-23.

基金项目： 黑龙江省教育厅科学技术项目，（项目编号：12541664）