东北大学材料科学研究所（AIMR）陈明伟教授及其同事与米乐m6官方网站（AIST）/东北大学数学先进材料建模开放创新实验室（MathAM-OIL）的特别研究员陆震等人合作气相脱合金法注1纳米多孔合金注2开发了一种新的生产方法。当合金在真空环境下加热时，合金中各元素的蒸气压不同，因此蒸气压较高的元素容易从合金中蒸发，而蒸气压较低的元素则从合金中蒸发。原子扩散注3形成纳米多孔结构。常规电化学脱合金法注4化学蚀刻注5即可创建纳米多孔合金，其优点是蒸发的元素可以完全回收。由于该方法无害，环境友好，有望在纳米多孔合金中得到广泛应用。
这项研究成果发表在英国杂志上自然通讯
大比表面积注6,具有三维网络状纳米孔结构的纳米多孔合金，表现出高导电性和高导热性，广泛应用于催化剂、能量存储和能量转换等领域表面增强拉曼散射注7它也用于光谱学。传统上，电化学脱合金方法已用于制备纳米多孔合金。在该方法中，合金中各元素的电化学势注8的差异，在酸等电解质溶液中，电化学势较高的元素被选择性溶解，而电化学势较低的元素不溶解并扩散到表面，形成纳米孔结构。因此，电化学脱合金方法具有较低的电化学势。钝化注9仅适合制造纳米多孔合金（例如铂、金、银、铜、镍等）。近年来，东北大学材料研究所的加藤秀美教授一直在开发钛、铌、钽、硅等纳米多孔合金。液态金属脱合金方法注10然而，该方法仍然需要化学蚀刻来去除纳米多孔结构内的残留元素。此外，这种液态金属脱合金方法是在高温下进行的，这会导致纳米多孔结构粗化，从而难以制造具有纳米级孔隙的纳米多孔合金。
上述电化学脱合金方法中： 1、刻蚀过程中产生化学废物； 2．遇到两个问题：蚀刻后的金属难以恢复。这两个问题可能会造成环境污染，使其不适合大规模商业应用。
在这项研究中，我们开发了一种利用气相脱合金生产纳米多孔合金的新方法。该方法利用合金中各种元素之间的蒸气压差异，选择性地将蒸气压较高的元素从合金中蒸发出来，从而进行脱合金。
具体来说，选择钴锌合金作为研究的模型化合物。一、1~6×10-3我们设计并建造了一个高真空炉，其真空度达到帕斯卡 (Pa)，加热温度高达 1573 开尔文 (K)，以及用于锌回收的冷凝装置（图 1a）。将钴和锌机械混合后，在感应加热炉中熔化和冷却制备单相钴锌合金（图1b，c），然后利用钴和锌之间较大的蒸气压差，通过适当的热处理选择性地去除锌（图1d）。
图2a显示了在773 K的加热温度、20分钟的加热时间和100 Pa的压力下通过气相脱合金法制备的钴金属的纳米孔结构。虽然可以像往常一样通过改变温度和时间来控制孔径，但本研究表明压力也起着重要作用。图 2b 显示 673 K，20 分钟，6×10-3Pa 条件下制造的纳米多孔钴。可以看出，与图2a相比，孔径有所减小。这表明可以通过降低高真空环境中的温度来抑制孔径的生长。换句话说，这项研究发现热处理温度和真空度等制造条件对孔隙的形成有显着影响。特别是在高真空条件下，原子的表面扩散是孔隙形成的主导因素，反之，在低真空条件下，原子扩散是孔隙形成的主导因素。整体扩散注释 11是占主导地位的。
在这项研究中，我们开发了一种新的环保且通用的纳米多孔合金生产方法，称为气相脱合金。以锌钴为例，通过控制温度、时间和压力，可以将纳米多孔合金的孔径控制在从纳米到微米的宽范围内。我们还发现真空度对孔隙形成有显着影响。此外，由于气相脱合金法不使用任何化学试剂，因此可以被认为是制备纳米多孔合金的通用方法。另一件重要的事情是汽化的元素可以很容易地回收利用。因此，气相脱合金有望成为一种高效、环保的纳米多孔合金生产和设计的新方法。
气相脱合金三维双连续纳米多孔材料
Zhen Lu、Cheng Li、Jiuhui Han、Fan Zhang、Pan Liu、Hao Wang、Zhili Wang、Chun Cheng、Linghan Chen、Akihiko Hirata、Takeshi Fujita、Jonah Erlebacher 和 Mingwei Chen
《自然通讯》9，文章编号：276 (2018)
doi:101038/s41467-017-02167-y