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日本合成介孔金属纤维 可用于燃料电池

日期:2008-04-03    来源:国际能源网  作者:技术在线

国际新能源网

2008
04/03
08:30
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关键词: 日本 介孔金属纤维 燃料电池

      日本物质材料研究机构(NIMS)成功合成了具有纳米级别介孔构造的金属纤维。该纤维由NIMS国际纳米结构研究基地年轻的独立研究员山内悠辅与早稻田大学理工学术院教授黑田一幸等合作开发。他们使用阳极氧化多孔氧化铝(PAAM)作为铸模,通过使用表面活性剂自组织化工艺,合成了具有规则介孔的铂(Pt)纤维(图1)。

 

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图1:利用溶致液晶(左)合成介孔金属(右)的流程

 

介孔物质中规则排列了直径为2~50nm的微孔。比表面积大,有望应用于催化剂材料和吸附材料,近年来,通过使用电化学方法,合成具有金属构造的介孔金属成为可能。然而,在以往的介孔金属中,介孔构造不规则,难以实现大尺度的形态控制和介孔取向控制。为此,NIMS等以合成高规则性介孔金属为目的,开发出了能够采用溶剂挥发法的液晶模板法(Evaporation-mediated Direct Templating, EDIT)。

此次研究进一步发展了EDIT。通过使用PAAM和表面活性剂聚合体这两种尺寸不同的铸模,实现了对介孔金属形态和介孔取向的同时控制。

首先,在氯铂酸水溶液中掺入非离子性表面活性剂和乙醇溶剂,配制前驱溶液。当前驱溶液渗入PAAM的通道后,使乙醇挥发,在表面活性剂的两亲性分子溶剂共存系统中,将会形成只需改变浓度即可呈现液晶状态的溶致液晶(LLC)。之后,在PAAM有限的通道中,表面活性剂将成为棒状聚合体。接下来,各棒状聚合体垂直于通道长轴,环形重叠排列。NIMS等认为,该现象是因为在LLC形成阶段,受到制限空间场的影响,液晶中的介观通道沿微通道壁卷曲为环形而成。

 

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图2:合成介孔金属的步骤

接着,把导入了LLC的PAAM与还原剂二甲胺硼烷粉末置于同一密闭容器内,由DMAB升华伴生的气相输送而析出Pt。然后,溶解PAAM,利用水和乙醇去除LLC(图2)。最终生成的Pt纤维内的介孔完全反映了最初的液晶构造,形成了环形介观结构。

 

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图3:介孔Pt纤维。左起依次是扫描式电子显微镜、高分辨率扫描式电子显微镜、透射电子显微镜拍摄的照片。

最终生成物——纤维的直径可以由使用的PAAM的通道直径控制。NIMS等通过扫描式电子显微镜观察确认,纤维呈阵列状排列,全部纤维的最外层均为规则介观结构(图3)。介观通道的取向与纤维长轴基本垂直。并且,利用电子束断层扫描对纤维内部进行详细分析的结果显示,介观通道卷曲为环形重叠(图4)。

 

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图4:介孔Pt纤维的电子束断层扫描

该金属纤维的表面积大,因为金属形成骨架,所以导电性好。因此,有望应用于以往硅类介孔物质无法实现的用途。并且,该金属纤维的聚合体拥有层结构,存在着纤维间大空间与纤维内介观空间的大小各异的空间,易于从外部吸取各种物质。因此,作为电极使用时,可以使吸入的物质很快扩散。由于可以使用Pt以外的金属,因此还可以通过改变金属架构的成分,应用于燃料电池和电容器.

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