结构规整高孔隙率纳米多孔金属的纳米制造及结构调控

利用脱合金法制备的多孔金属是一种新型功能纳米材料，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。本项目针对这一重要国际前沿并结合重大研究计划"纳米制造的基础研究"的研究思路和目标，开展"结构规整高孔隙率纳米多孔金属的纳米制造及结构调控"研究。通过研究合金前驱物结构、腐蚀条件、表面修饰与所制备多孔纳米材料结构性能之间的构效关系，深入理解脱合金过程中原子自组装及成孔规律，实现并优化结构规整、高孔隙率纳米多孔金属的纳米制造及结构调控，并进而研究其新颖的物理化学与界面特性。在此基础上发展新型宏观尺度纳米多孔金属材料制造的新原理、新方法和新工艺。本项目的实施将为提升我国在纳米制造科学领域的源头创新能力，并在与新型纳米多孔金属相交叉的若干关键技术领域取得一批具有国际影响力的研究成果作出贡献，具有重要的科学价值和社会价值。

本项目主要是发展新型宏观尺度纳米多孔金属材料制造的新原理、新方法和新工艺,通过研究合金前驱物结构、腐蚀条件、表面修饰与所制备多孔纳米材料结构性能之间的构效关系，深入理解脱合金过程中原子自组装及成孔规律，实现并优化结构规整、高孔隙率纳米多孔金属的纳米制造及结构调控。.在项目的资助下，发展了一种制备高孔隙率宏观尺度纳米多孔金属材料的方法，优化了纳米多孔金属材料的结构及性能，研究了大尺度、准周期结构的结构规整多孔纳米结构的构筑和功能化，并对该类材料在储能器件中的应用进行了探索研究。在《ADV.MATER.》、《ENER.ENVIR.SCI.》等国际知名期刊上发表论文14篇，申请发明专利5项，获授权专利6项。多次受邀请在国际学术年会上作邀请报告，其中应邀在2012年国际电化学学会(ISE)年会（捷克）和第六届黄金科学、技术及其应用国际会议（日本）上作主题报告（Keynote）。培养博士生6人，硕士生5人。一名博士研究生同时获2010年山东省和山东大学优秀博士学位论文，两名研究生分获2011、2012年度唐敖庆化学奖学金。.发展了一种欠电位沉积+原位置换的方法，在高孔隙率的纳米多孔金属材料表面担载了亚单原子层铂，成功实现了超低铂载量，高催化活性和高稳定性电催化剂的设计。相关工作成果在材料学领域的顶尖刊物《Adv. Mater.》上发表，并被“Nature China”以最新研究亮点（Latest Research Highlights ） 的形式进行了评论。.通过去合金化方法，制备出具有纯铂表面和铂镍合金核的纳米多孔合金材料。该材料在氧还原反应中表现出优异的电催化活性和稳定性，铂质量归一化的活性比商业Pt/C 催化剂提高了4 倍，有望应用于燃料电池中作为高性能氧还原催化剂。相关工作发表在能源与环境领域的顶尖刊物《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》，并以封底的形式被亮点介绍。.成功实现超薄纳米多孔金薄膜负载导电聚合物---聚吡咯，并使用固态电解质组装出柔性全固态超级电容器原型器件。整个电容器总厚度小于一个微米，比国际上报道的柔性薄膜超级电容器的厚度降低了100倍以上；该器件也拥有非常高的功率和能量密度和良好的充放电稳定性。成果刊登在材料学领域的顶尖刊物《Adv. Mater.》上，并以内封面（inside cover）的形式被亮点介绍。.