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纳米多孔金属力学性能的若干研究进展

材料导报 2017年第1期31卷 97-102,125页

作者：郭林凯王磊章青河海大学力学与材料学院南京211100

纳米多孔金属是近年来发展起来的一类具有纳米级双连续孔洞和高表面积的新型功能材料,具备如化学性能、力学性能、表面拉曼散射性能等多方面的优异特性,在催化、传感、新能源、生物医学等诸多领域拥有广阔的应用前景。围绕纳米多孔金属... 详细信息

纳米多孔金属是近年来发展起来的一类具有纳米级双连续孔洞和高表面积的新型功能材料,具备如化学性能、力学性能、表面拉曼散射性能等多方面的优异特性,在催化、传感、新能源、生物医学等诸多领域拥有广阔的应用前景。围绕纳米多孔金属的制备、力学性能和尺度特性等,展开细述了相关的研究工作,并重点针对力学性能方面的研究进展,如尺度方程、破坏机理、表面效应和表面应力,以及脱合金制备方法和制备过程中的力学问题进行了讨论,并对将来的研究方向进行了展望。

关键词：纳米多孔金属力学性能脱合金尺度方程表面应力

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纳米多孔金属电催化剂在氧还原反应中的应用

物理化学学报 2017年第7期33卷 1366-1378页

作者：翟萧丁轶上海理工大学材料科学与工程学院上海200093 天津市先进多孔功能材料重点实验室天津300384 天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院材料科学与工程学院天津300384

燃料电池是将化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有绿色、高效、便携等特点。对于大多数使用氧气或者空气为氧化剂的燃料电池而言,其阴极氧还原反应动力学缓慢、稳定性差是阻碍该技术走向商业化的主要因素,因此开发高催化活性和良... 详细信息

燃料电池是将化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有绿色、高效、便携等特点。对于大多数使用氧气或者空气为氧化剂的燃料电池而言,其阴极氧还原反应动力学缓慢、稳定性差是阻碍该技术走向商业化的主要因素,因此开发高催化活性和良好稳定性的低成本氧还原催化剂非常重要。基于脱合金法制得的纳米多孔金属是一类新型的宏观尺度纳米结构材料,其独特的开放型孔道结构、优良的导电性和结构的可调控性使其在电催化相关领域具有广泛的应用。本文侧重于讨论纳米多孔金属作为氧还原催化剂时所展示的一系列结构特性,及其在发展新一代高性能一体化燃料电池催化剂中所展示的机会。

关键词：纳米多孔金属脱合金燃料电池氧还原低铂催化剂

纳米多孔金属的制备方法及其力学性能的研究进展

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航空材料学报 2018年第5期38卷 10-23页

作者：李元伟张猛王小健李卫暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院广州510000

纳米多孔金属是一种孔径在0.1~100 nm之间,且韧壁尺寸也在纳米量级的多孔金属材料。因其独特的孔隙结构、高比表面积和高导电性等特征,纳米多孔金属在许多领域都有着丰富的潜在应用。这篇综述比较了制备纳米多孔金属的几种常用方法:模... 详细信息

纳米多孔金属是一种孔径在0.1~100 nm之间,且韧壁尺寸也在纳米量级的多孔金属材料。因其独特的孔隙结构、高比表面积和高导电性等特征,纳米多孔金属在许多领域都有着丰富的潜在应用。这篇综述比较了制备纳米多孔金属的几种常用方法:模板法、脱合金法与电化学法,其中,主要介绍了脱合金法,包括液态金属脱合金法及气相脱合金法的最新进展;重点阐述了纳米多孔金属在表面增强拉曼散射、催化以及超级电容器方面的应用现状及相关研究工作;最后,对纳米多孔金属的力学性能模拟及实验进行讨论,重点分析了纳米多孔金属力学性能的研究趋势以及存在的主要问题。

关键词：纳米多孔金属脱合金法力学性能

金属玻璃脱合金制备高催化活性的Pd基多元纳米多孔金属(英文)

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稀有金属材料与工程 2015年第1期44卷 54-57页

作者：曾宇乔董小真杨春雷陈庐阳陈明伟井上明久张旭海蒋建清东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室江苏南京211189 东北大学WPI

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd20Ni60P20金属玻璃作为预合金,在H2SO4+H3PO4混合酸溶液中以不同过电位进行电化学脱合金处理,制得Ni和P共掺的Pd基多元纳米多孔金属。该多孔金属的成分和孔径均可通过过电位进行调节。与... 详细信息

为获得具有高催化活性的多元掺杂纳米多孔Pd,将Pd20Ni60P20金属玻璃作为预合金,在H2SO4+H3PO4混合酸溶液中以不同过电位进行电化学脱合金处理,制得Ni和P共掺的Pd基多元纳米多孔金属。该多孔金属的成分和孔径均可通过过电位进行调节。与市售碳负载的纳米Pd催化剂相比,临界电位下脱合金获得的Pd基纳米多孔金属在对甲酸的催化中表现出了更高的催化活性。

关键词：金属玻璃纳米多孔金属脱合金

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纳米多孔金属:一种新型能源纳米材料

山东大学学报(理学版) 2011年第10期46卷 121-133页

作者：丁轶山东大学化学与化工学院山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室

利用脱合金制备的纳米多孔金属是近十年发展起来的一类新型功能纳米材料,它具有高表面积、低密度、高通透性、高导电导热性、结构灵活可调等特点,有望在催化、分离、能源等领域得到广泛的应用。本文围绕纳米多孔金属的制备、结构和界面... 详细信息

利用脱合金制备的纳米多孔金属是近十年发展起来的一类新型功能纳米材料,它具有高表面积、低密度、高通透性、高导电导热性、结构灵活可调等特点,有望在催化、分离、能源等领域得到广泛的应用。本文围绕纳米多孔金属的制备、结构和界面特性概述了该领域的最新进展,重点阐述它们在新能源技术相关领域的潜在应用价值。

关键词：脱合金纳米多孔金属纳米材料新能源技术

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纳米多孔金属孔结构粗化方法研究进展

热加工工艺 2014年第20期43卷 6-9,14页

作者：任荣荣蒋兵李正民山东理工大学材料科学与工程学院山东淄博255049

纳米多孔金属具有特殊的力学、热学、光学、电学和化学性能,尤其是其特殊的结构已经受到越来越多科研工作者的广泛关注。纳米多孔金属的结构决定了其性能,因此研究纳米多孔金属孔结构的粗化方法非常有意义。综述了纳米多孔金属孔结构的... 详细信息

纳米多孔金属具有特殊的力学、热学、光学、电学和化学性能,尤其是其特殊的结构已经受到越来越多科研工作者的广泛关注。纳米多孔金属的结构决定了其性能,因此研究纳米多孔金属孔结构的粗化方法非常有意义。综述了纳米多孔金属孔结构的粗化方法,包括制备过程中的粗化、热退火粗化、酸溶液处理粗化、碱溶液处理粗化、盐溶液处理粗化及其他粗化方法。最后对纳米多孔金属的粗化中存在的问题进行了探讨。

关键词：纳米多孔金属孔结构粗化方法

基于表面曲率依赖的三维纳米多孔金属强度分析

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Acta Mechanica Sinica 2024年第1期40卷 54-73页

作者：张永超糜长稳苟晓凡 College of Mechanics and Materials Hohai UniversityNanjing211100China Jiangsu Key Laboratory of Engineering Mechanics School of Civil EngineeringSoutheast UniversityNanjing210096China

纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可.受限于理论复杂性,以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型.然而,这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能,也未能充分捕捉表面效应影响,特别是纳米表... 详细信息

纳米多孔金属因其显著的表面效应和优异的机械性能而获得广泛认可.受限于理论复杂性,以往对纳米多孔金属的研究往往依赖于简化二维模型.然而,这些简化模型无法准确地刻画纳米多孔金属力学性能,也未能充分捕捉表面效应影响,特别是纳米表面曲率依赖性.因此,该研究采用最小能量原理,基于Steigmann-Ogden表面理论,设计了综合考虑纳米多孔材料表面效应的有限元表面单元.利用这种新型表面单元,我们构建不同纳米多孔金属模型,并对其进行单轴拉伸和压缩模拟.研究结果表明,表面弯曲刚度导致材料应变能密度显著增加,从而影响能量吸收率变化趋势.此外,与表面Lamé常数相反,纳米多孔金属杨氏模量受到表面残余应力、表面弯曲模量和加载方向等因素显著影响.所开发的有限元模型为准确预测纳米多孔金属力学性能提供了一种稳健而令人信服的科学方法.

关键词：纳米多孔金属表面效应纳米多孔材料杨氏模量最小能量原理表面曲率能量吸收率应变能密度

基于表面效应三维纳米多孔金属力学性能的有限元分析

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力学学报 2023年第11期55卷 2554-2565页

作者：张永超糜长稳苟晓凡河海大学力学与材料学院南京211100 东南大学土木工程学院南京211102

纳米多孔金属是一类包含大量纳米尺度孔洞的金属材料,孔洞突出的表面效应,使得其具有比传统多孔金属更为优异的力学性能.相对于理论和分子动力学仿真,有限元方法更适用于复杂结构模型,但受限于理论难度,以往研究仍将纳米多孔金属模型简... 详细信息

纳米多孔金属是一类包含大量纳米尺度孔洞的金属材料,孔洞突出的表面效应,使得其具有比传统多孔金属更为优异的力学性能.相对于理论和分子动力学仿真,有限元方法更适用于复杂结构模型,但受限于理论难度,以往研究仍将纳米多孔金属模型简化为较为简单的二维结构,因此无法真实刻画纳米多孔金属的力学性能.为此,基于Gurtin-Murdoch表面理论,成功构建计入纳米表面效应的有限元表面单元,并考虑微观结构非均匀性,发展面向一般三维纳米多孔金属力学行为的有限元计算模型,将计算得到的纳米孔附近应力分布与参考文献进行对比分析,验证了所构建有限元模型的有效性.通过对包含单球孔和随机多球孔的纳米多孔金属进行单轴拉伸和单轴压缩模拟,揭示了孔隙率、孔洞数量和表面参数对纳米多孔金属杨氏模量、压缩屈服强度和吸能性的影响规律.结果表明:所构建的有限元模型可准确捕捉纳米孔附近应力分布,相对于表面拉梅常数,纳米多孔金属的杨氏模量显著依赖于孔洞表面残余应力和加载方向.所构建的有限元模型为纳米多孔金属力学性能预测提供科学依据.

关键词：纳米多孔金属表面效应表面单元有限元模型 Gurtin-Murdoch表面模型

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纳米多孔金属的制备及其催化降解性能与机理研究

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纳米多孔金属的制备及其催化降解性能与机理研究

作者：谷玲钰武汉科技大学

学位级别：硕士

偶氮染料作为工业废水的主要污染源之一,具有毒性、致癌性和生物难降解性等特点,对水生生态系统和人类健康造成了严重威胁。如何高效、快速降解有机废水中的偶氮染料已逐渐引起各界科学家们广泛的关注,然而开发新型、高效的催化降解材... 详细信息

偶氮染料作为工业废水的主要污染源之一,具有毒性、致癌性和生物难降解性等特点,对水生生态系统和人类健康造成了严重威胁。如何高效、快速降解有机废水中的偶氮染料已逐渐引起各界科学家们广泛的关注,然而开发新型、高效的催化降解材料是污水处理技术的关键。纳米多孔金属材料具有大的比表面积和优异的催化性能,在催化、燃料电池、污水处理等方面具有广泛的应用。本文以非晶合金为前驱体,利用脱合金化技术成功制备出纳米多孔金属材料,系统研究了其对偶氮染料的催化降解性能与机理,具体研究工作如下:(1)以FeSiB非晶合金为前驱体,采用化学脱合金化技术成功制备纳米多孔Fe(NPFe),通过XRD、SEM、AFM、BET等表征手段,对NPFe进行形貌、结构等分析;以HO为氧化剂,研究NPFe作为类Fenton催化剂对偶氮染料的降解性能。结果表明:通过调控腐蚀时间制备出不同孔径大小的NPFe,脱合金化时间延长,孔径增大、纳米多孔结构分布更加均匀。当脱合金化处理90 min,NPFe(NPFe-90)孔径平均尺寸为240 nm,较原始条带的比表面积增加了近15倍。降解实验结果表明:NPFe在酸性条件下(p H=2～3)对偶氮染料具有优异的催化降解性能、循环稳定性和良好的普适应,NPFe-90对甲基橙的降解效率在40 min达到100%,降解效率较原始条带提高了近35%,可见NPFe的纳米多孔结构增大了比表面积,加快电子的传输速率,从而加快降解效率。基于降解机理实验,揭示了NPFe/HO的降解机理:高效的降解性能主要来源于Fe/Fe的相互转换催化分解HO生成HO·的均相反应,以及Fe还原的异相反应。(2)以ZrCuNiAl非晶合金为前驱体,采用脱合金化处理成功制备出纳米多孔铜(NP-Cu)粉末,通过XRD、SEM、XPS等表征手段,对NP-Cu粉末进行形貌、成分等分析;研究NP-Cu粉末/HO为类Fenton试剂对偶氮染料的降解性能。NP-Cu粉末结构表征结果表明:NP-Cu粉末具有三维(3D)双连续网状多孔结构,其化学成分为CuNiO(at.%),主要由Cu和CuO物相组成。降解实验结果表明:NP-Cu粉末/HO降解体系在酸性(p H=2)和中性(p H=7)环境中对偶氮染料均表现出优异的催化降解性能,40 min降解效率达到100%。此外,循环实验表明,NP-Cu粉末也具有良好的耐久性。根据降解机理实验结果提出了一种新的NP-Cu粉体/HO的降解机理:在酸性环境中的高效的降解性能主要来源于与Cu相关的特定路径的非均相反应,以产生HO·;而在中性环境中,它主要来源于经典的铜基类Fenton反应生成HO·的均相反应。本论文研究结果表明,以非晶合金为前驱体制备的纳米多孔金属作为类Fenton反应催化剂应用于有机废水处理具有潜在的应用前景,提出了新的降解机理对类Fenton反应具有科学的指导意义。

关键词：非晶合金脱合金化纳米多孔金属有机废水降解机理