一种两步法制备多孔铱的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两步法制备多孔铱的方法，属于多孔金属材料的制备技术领域，具体涉及一种“化学气相沉积”+“高温焙烧”两步法制备多孔铱的方法。
【背景技术】
[0002]多孔金属材料是当前材料科学中发展较为迅速的一种材料，其比表面积大、密度小，用途广泛。作为功能材料，可用于多孔金属过滤材料、催化剂和电极材料。
[0003]然而，目前多孔金属过滤材料的突出性能问题是耐腐蚀和耐高温性能不足(黄国涛，左孝青，孙彦琳，周芸，陆建生，王红.多孔金属过滤材料研究进展[J].材料导报，2010，S2:448-452+456.)。而贵金属铱，恪点极高、抗氧化性能好，制备多孔铱作为金属过滤材料，可以解决上述问题。
[0004]铱也广泛用于有机反应催化剂(张雄伟.贵金属铱催化剂的制备、表征及其性能研究[D].四川大学，2005.)和电极材料(陈东初，郑家燊，付朝阳.H+选择性电极材料的研究进展[J].兵器材料科学与工程，2004,02:67-71.)。对于催化剂和电极材料，决定其性能的重要参数是比表面积，制备多孔铱，可以显著地提升其比表面积。
[0005]因此，制备多孔依，具有现实意义。目如公知的制备多孔材料的方法有:
[0006](I)液相法:①直接发泡法:通过对加入了增黏剂的金属液吹气，制备泡沫金属;或通过在熔融金属液中加入发泡剂(金属氢化物粉末)，使发泡剂受热分解产生氢气，导致体积膨胀而使金属发泡。②铸造法:通过制作“发泡”的型芯，再利用型芯进行铸造，最后通过方法去除型芯，得到多孔金属。
[0007](2)固相法:①粉末冶金法:利用造孔剂与粉末压制成型，然后烧结，最后通过方法去除造孔剂。②先在有机高分子球上沉积金属得到金属球，再通过方法去除有机高分子球得到空心金属高分子球。最终将大量该金属高分子球烧结在一起。
[0008](3)沉积法:在泡沫体的表面通过电化学的方法或气相沉积方法进行沉积。
[0009]但是，液相法主要适用于低恪点的金属，如A1、Mg、Zn。对于难恪金属，常采用粉末冶金和沉积法，依赖于造孔剂或泡沫体，其工艺流程较复杂，工艺参数不易控制。而贵金属铱，更由于熔点高，脆性大，制备多孔铱的难度更大。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为了提出一种利用“化学气相沉积”+ “高温焙烧”制备多孔铱的两步法。
[0011]本发明的技术方案如下:
[0012]—种两步法制备多孔铱的方法，该方法的步骤为:
[0013](I)化学气相沉积法(MOCVD)制备铱(Ir):
[0014]本发明通过MOCVD方法进行Ir的制备是以Ir(acac)3为前驱体，通过氢气的还原作用，以氩气作为载气，在Mo基体表面沉积形成Ir涂层。其基本反应原理为:
[0015]Ir (acac) 3+H2—Ir (s) +CxHyOz (g) (CxHyOz 为气体混合物)
[0016]其操作如下:
[0017]A.钼基体经喷砂处理后放入乙醇中进行超声清洗，清洗时间为lOmin，清洗完毕后将基体放入烘箱中烘干；
[0018]B.称取SiC砂和Ir(acac)3，混合均匀后装入MOCVD设备蒸发室；
[0019]C.系统组装:将蒸发室与沉积室通过管路连接，然后将提前处理好的钼基体置于沉积室中，完成系统的组装；
[0020]D.通入氩气检查步骤C得到的系统的气密性，确认系统不漏气后，将氩气流量调至500ml/min 通气 5min ；
[0021]E.将氢气通过管路通入到沉积室中，然后开启感应加热炉对钼基体进行感应加热，将钼基体加热到所需实验温度；
[0022]F.开启蒸发室加热装置，加热Ir(acac)3;
[0023]G.待蒸发室加热至所需温度稳定后，通过氩气载带将Ir(acac)3气体(可以通入共反应气体)导入沉积室。沉积开始，沉积过程中使用液体冷阱吸收尾气；
[0024]H.达到预定沉积时间后，将Ir (acac) 3气体导出沉积室，并关闭蒸发室和沉积室中间的高温阀，以停止Ir(acac)3气体到沉积室的输送，然后关闭蒸发室加热装置，以使蒸发室进行自然冷却。通过调整感应加热炉的功率缓慢降低钼基体的温度。当钼基体温度降至室温后，依次关闭HdPAr，开启沉积室取出样品，清洗沉积室。
[0025]1.利用化学方法腐蚀去掉钼基体，用去离子水洗涤金属铱，然后干燥；
[0026](2)高温焙烧制备多孔铱:
[0027]在管式炉中，对步骤(I)得到的金属铱进行高温焙烧。
[0028]其中步骤(1)中8所述的5丨(:砂和&(&0&(3)3的比例为1:10到1:4。
[0029]其中步骤(I)中E、F所述的沉积室温度控制在460-540°C，蒸发室温度控制在250-260°C，以期制得银白光亮的铱涂层。
[0030]其中步骤(I)中G所述共反应气体是分压为606Pa的水蒸气，目的是与有机物分解产生的C反应生成气体，避免附着在涂层表面。也可以细化晶粒。可以对步骤G中得到的尾气中的IHacach进行重结晶，可以用于后面的反应前躯体或用于其他用途，以达到对Ir(acac)3的高利用率；
[0031]其中步骤(I)中H所述的沉积时间为180min。
[0032]其中步骤(I)中H所述的降温过程的制度为:400°C以上时降温速度为10°C/min;300-400°C时5°C/min;300°C以下时完全关闭加热装置，自然冷却，以免由于热应力使涂层产生翘曲。
[0033]其中步骤(I)中I所述的腐蚀剂为王水。
[0034]其中步骤(2)所述的高温焙烧在氩气气氛中进行。
[0035]其中步骤(2)所述的高温焙烧热处理制度为:升温时:800 °C以下时升温速度为1°C/min，保温时间 20min;800-1200°C 时 5°C/min，保温时间 30min;1200-1500°C/mir^f3°C/min，保温时间 60 ?420min。降温时:800-1200°C 时 5°C/min，1200-1500°C/mir^f3°C/min，800 °C以下随炉冷却。
[0036]本发明的有益效果是:由于铱熔点极高，脆性大，故难以按照通常制备多孔金属材料的方法制备多孔铱。本发明公布了一种新的制备多孔铱的方法，具有以下优势:
[0037](I)不需要额外使用造孔剂或泡沫体，工艺流程简单；
[0038](2)回收利用乙酸丙酬依后，如驱体综合利用率尚达80% ；
[0039](3)制备的多孔铱的平均孔径、孔隙率可以控制。
【附图说明】
[0040]图1是实施例1制备的多孔铱:其中(a)是EDS图谱，(b)是SEM照片；
[0041 ]图2是实施例2制备的多孔铱:其中(a)是E此图谱，(b)是SEM照片；
[0042]图3是实施例3制备的多孔铱:其中(a)是SEM照片。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步说明:
[0044]实施例1:一种两步法制备多孔铱的方法，包括以下步骤:
[0045]1.多孔铱的制备
[0046](I)MOCVD 法制备铱(Ir):
[0047]将钼基体经喷砂处理后放入乙醇中进行超声清洗，清洗时间为lOmin，清洗完毕后将基体放入烘箱中烘干;将经过重结晶的5.81OOg的Ir (acac)3与30g SiC粉末混合均匀后装入MOCVD设备蒸发室;将蒸发室和沉积室通过管路连接，并将提前处理好的钼基体置于沉积室中；通入氩气检查系统的气密性，确认系统不漏气后，将氩气流量调至500ml/min通气5min;通入氢气后开启感应加热炉，将钼基体加热到480°C;开启蒸发室加热装置，加热Ir(acac )3到255 °C ;待蒸发室加热至所需温度稳定后，通过氩气载带将Ir (acac )3气体导入沉积室。沉积开始，沉积过程中使用液体冷阱吸收尾气;沉积3h后，将Ir (acac) 3气体导出沉积室，并关闭蒸发室和沉积室中间的高温阀，关闭蒸发室加热装置。通过调整感应加热炉的功率缓慢降低基体的温度:400 °C以上时降温速度为1 °C /mi η，300-400 °C时5 °C /min，300 °C以下时完全关闭加热装置，自然冷却；当基体温度降至室温，依次关闭HdPAr，开启沉积室，取出样品，清洗沉积室。配制王水，腐蚀去掉钼基体，，然后用去离子水清洗并干燥。
[0048](2)高温焙烧制备多孔铱:
[0049]将样品使用管式炉，在氩气气氛下进行高温焙烧。升温时:800°C以下时升温速度为 10°C/min，保温时间 20min;800-1200°C 时。C/min，保温时间 30min;1200-1500°C/min 时 3°C/min，保温时间 300min。降温时:800-1200°C^f5°C/min，1200-1500°C/mir^f3°C/min，800°(:以下随炉冷却。
[°05°] 2.样品成分和微结构的检测、表征
[0051](I)对实施例1制备的多孔铱涂层进行EDS(X射线能谱)分析，结果如附图1.说明沉积的到的铱涂层中没有其他杂质元素。
[0052](2)附图1.是实施例1中制备的多孔涂层的SEM(扫描电镜)照片，可以看出其孔径大小较为一致，孔隙率较高。经过统计，孔隙占截面面积比例(选择多个不同视场进行统计求出平均值)为11.15%。
[0053]实施例2:—种两步法制备多孔铱的方法，包括以下步骤: