多孔材料具有高比表面积、高导电性、开放和可调的孔道结构,在催化、传感、燃料电池、驱动等领域具有广泛的应用前景。脱合金提供了⼀种简单而高效的方式来构建纳米多孔结构,常见的脱合金技术包括:化学/电化学脱合金、液态金属脱合金和真空气相脱合金等。以电化学脱合金为例,通过选择合适的电解液,选择性地溶解活泼的元素,剩余相对稳定的元素在表面扩散作用下自组织形成双连续多孔结构。
然而这一方法仅适用于制备贵金属或易钝化的多孔材料。液态金属脱合金利用合金组元与金属熔体之间混溶性的差异制备多孔材料。由于相对较高的脱合金温度,难熔金属甚至高熵合金都可以通过这一方式构筑出多孔结构。然而,上述方法不可避免地涉及到化学腐蚀,腐蚀过程和后续腐蚀液的处理会导致环境污染。
近些年来,我们发展出新型真空气相脱合金(vapor phase dealloying, VPD)方法,通过选择性蒸发高饱和蒸气压的元素,利用组元间饱和蒸气压的差异制备多孔结构。由于脱合金过程中没有化学试剂的参与,VPD成为一种简单且环保的制备多孔材料的方式。
然而,目前多孔金属材料的开发主要集中在二元体系,由于通常多孔材料是基于成分分布均匀的前驱体制备的。二元合金体系的相关相图相对完善,而三元及以上的多组元体系成分复杂,相图极其有限,这对开发新型适用于制备多组元纳米多孔的前驱体提出了重大挑战。不仅如此,多组元协同效应可以大大提高多孔材料的电化学和力学性能,迫切需要发展适用于制备多组元纳米多孔材料前驱体的高通量方法。
近期,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家中心EX-4/HM-EX4组汪卫华院士团队的鲁振特聘研究员和曲阜师范大学张永政教授指导硕士生冯祥瑞和刘猛等,发展出超重力离心熔炼的方法,在接近平衡状态下制备出具有成分和结构梯度的三元MgZnY高通量合金样品库,进而发展出高通量气相脱合金技术,通过集成高通量方法,成功探索出多种能够构建具有不同形态的金属间化合物Zn2Y1纳米多孔前驱体合金。
这种集成的高通量方法大大简化了多孔材料的探索和开发,为探索多组元多孔合金提供了新的有效途径。