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金属纳米结构储能电池材料

2019/10/16 12:06:241515

据fuelcellsworks报道：燃料电池催化剂和其他储能电池电极材料的研究中，工程师们希望能够制备多孔金属薄膜，因其具有更大的表面积和更高的导电率以利于化学反应的进行。其中具有高导电率材料的研究挑战性更大。

康奈尔大学的化学家们发现了一种制备多孔金属薄膜的方法，该法制备的金属薄膜的导电性是以前方法的1000倍。研究者声称这种制备方法也适用于其他工程领域如生物医学领域内不同金属纳米结构的制备。他们近些年的研究结果在自然材料杂志3月18日一期上发表。他们通过一步混合热处理法控制金属薄膜的组成，纳米结构和其他特征如导电性等，新的制备方法是以传统的溶胶-凝胶法为基础进一步改进的。一定量的硅化合物和溶剂混合，自动形成具有纳米孔结构的蜂窝状二氧化硅。研究者们所遇到的难题是如何将加入金属到纳米孔中从而使其具有导电性。大约10年前，Wiesner研究小组与康奈尔大学燃料电池研究所合作，试图用溶胶-凝胶法制备催化剂以提高燃料分子的导电性。他们需要能够传递大电流的材料，但是加入超出一定量的金属便会破坏溶胶-凝胶法的制备过程。西北大学的研究员Warren想到用氨基酸将金属原子加到二氧化硅分子中。因为他发现氨基酸分子的一端对硅具有亲和力，另一端则对金属具有亲和力。他设想，如果有一种方法能够将金属直接添加到硅溶胶-凝胶的前驱体中，则能够阻止破坏自组装过程的相分离现象。因此制备出了由金属、硅和碳组成的金属纳米结构，其中金属的含量比以往的更多，大大提高了电导率。其中可去除二氧化硅和碳，留下多孔金属。研究人员声称经过大量实验表明其制备方法可用来制备“高度控制其组成和结构的材料库”。他们已经制备了元素周期表中几乎所有金属的结构，并通过附加化学作用可以从10到500纳米“调整”孔隙的粒径。他们还制备出了能够被人体吸收和分泌的足够小的金属二氧化硅纳米颗粒，其可能在生物医学中进行应用。 Wiesner的研究小组也因创建“康奈尔点”而出名，它将染料填装入二氧化硅纳米颗粒中，因此溶胶-凝胶工艺未来可能应用于含有光敏感染料的Graetzel太阳能电池上。