CN107760904A - 直接火焰法制备多孔金属的方法以及该多孔金属的应用 - Google Patents

Abstract

直接火焰法制备多孔金属的方法以及该多孔金属的应用，本发明涉及一种多孔金属材料的制备方法及应用，它为了解决现有制备多孔金属材料，特别是微纳米孔方法复杂，严重依赖于模板或第二相金属的引入，工艺要求和制备成本较高的问题。制备方法：一、金属材料依次使用丙酮和无水乙醇进行超声清洗；二、点燃燃烧器，燃烧器中的燃料气体燃烧产生火焰，调整燃烧器的火焰温度为550～850℃，将金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理，在多孔化处理过程中不断移动金属处于火焰中的位置，从而完成多孔金属的制备。本发明通过直接火焰处理，使金属快速升温，利用了气体和固体高温条件下的迅速化学反应和物理过程，形成微纳米多孔结构，制备工艺简便。

Description

直接火焰法制备多孔金属的方法以及该多孔金属的应用

技术领域

本发明涉及一种多孔金属材料的制备方法，具体涉及一种直接利用火焰在固相金属上原位制备多孔结构的简便方法，并将制备得到的多孔金属应用于超级电容器的电极材料。

背景技术

多孔金属材料由金属骨架及内部的孔隙所组成，孔隙将金属相分割成许多小单元，是近几十年发展起来的一种新型材料。此类材料不仅具有金属材料的延展性和导电性，还具有比重小、孔隙率高、比表面大及特殊的传热和声学等特点。多孔金属材料正因这些独特的性质被广泛的应用到了汽车、建筑、化学、航空航天、军事工业等多个领域，成为众多研究关注的热点。可以被用作减震器、缓冲器、吸能器、过滤器、流体透过器、热交换器、灭火器、发动机的排气消声器、催化剂载体、多孔金属电极、火箭鼻锥及尾翼的冷却发汗材料、水下潜艇的消音器等。

多孔金属的制备方法很多，传统多孔金属材料按照所处理的金属的状态，可以分为以下几大类(如下表1所示)：(1)基于金属熔体的方法；(2)基于金属粉末的方法；(3)基于金属蒸气的方法；(4)基于金属离子的制备方法。近年来，随着新能源和催化领域的快速发展，多孔金属材料的研究已由制备高孔隙率、多面体孔形貌的传统多孔金属材料转向为制备微纳米多孔结构的新型多孔金属材料。去合金化法和模板法成为制备微纳米多孔金属两种最主要的方法。然而，综述目前多孔金属材料各种制备方法，无一例外都是在金属材料成型过程中利用物理、化学的方法实现了多孔结构制备。且这些制备方法大都需要经历多个处理过程，借助第二相的引入。例如金属熔体工艺中的添加剂和发泡剂，沉积技术和模板法中的各种多孔有机物或骨架材料，去合金化中的惰性金属引入及合金和去合金化过程。这些方法都普遍存在着制备过程复杂，制备周期长，成本较高，难以制备复杂多孔结构等不足之处。因此，多年以来开发出新的高效、快速的微纳米多孔结构制备技术是目前多孔金属材料发展的一个重要方向。

表1多孔金属的各种制备方法

发明内容

本发明的目的是为了解决现有制备多孔金属材料，特别是微纳米孔方法复杂，严重依赖于模板或第二相金属的引入，工艺要求和制备成本较高的问题，而提供一种直接火焰法原位制备多孔金属的方法以及该多孔金属的应用。

本发明直接火焰法制备多孔金属的方法按下列步骤实现：

一、将金属材料先用丙酮超声清洗，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的金属材料；

二、点燃燃烧器，燃烧器中的燃料气体燃烧产生火焰，调整燃烧器的火焰温度为550～850℃，将清洗后的金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理5～50min，在多孔化处理过程中不断移动金属处于火焰中的位置，从而完成多孔金属的制备；

其中步骤二所述的燃料气体为氢气，一氧化碳、低分子量的碳氢化合物、酒精、沼气、天然气、液化石油气、焦炉气、水煤气、石油气中的一种或多种气体的混合气体。

本发明制备得到的多孔金属镍应用于超级电容器中作为电极材料集流体，利用电镀法在多孔金属镍(集流体)上电沉积二氧化锰薄膜，得到超级电容器多孔电极。

本发明中火焰直接提供给多孔金属制备所需要的温度和气体“冲击波”，利用了气体和固体的瞬间高温剧烈相互作用，其是一个物理和化学反应同步进行的过程。本发明中碳氢燃料通过燃烧，火焰中含有多孔化处理金属的一氧化碳和氢气等还原性的气体分子，另外还含有空气中的氧气。这样当金属放置在火焰中灼烧处理时，一方面金属瞬间暴露在了一氧化碳和氢气等还原性气体和氧气的混合气体中；另一方面碳氢燃料燃烧的火焰还提供了混合气体和金属相互作用所需要的温度。因此火焰和金属接触的同时，火焰则作为一种媒介把气体和温度直接输送到了火焰和金属的接触区域，发生剧烈的气体分子和原子扩散，以及氧化-还原反应，形成了一个明显的反应区域。对部分金属来讲(例如银)，主要是渗入到金属内部的晶格中的气体分子之间会发生化学反应，又成了二氧化碳和水等体积较大的气体分子，随着这些生成的气体分子在金属内部的聚集和膨胀，超过了其在金属内部的临界溶解度，就会在金属上膨胀溢出，在金属上形成孔洞结构。另一方面，在部分金属的造孔过程中还涉及到了气体和金属之间的化学反应，例如Ni在火焰中的成孔过程，就涉及到了Ni金属在火焰氧化和还原气体共同作用下的氧化-还原过程。随着Ni金属氧化-还原中体积的膨胀和收缩，原子重新排布，在材料的表面和内部发生自发性的扩散和富集，形成多孔金属结构。

在火焰法中，为了形成均匀的多孔结构，金属在火焰中要反复的移动。随着金属在火焰中的往复移动，金属和火焰作用区域始终在反复改变。这样对任意一个作用区域来讲，它的温度迅速上升和下降，气体和固体的相互作用也是间歇性的发生，形成了快速的升降温和反应的双重“冲击波”。这样升降温的循环会导致作用区域金属发生明显的体积膨胀和收缩，而未被作用的区域则体积基本保持不变。这样火焰法的作用实际上就是导致了作用区域金属原子的剧烈移动、扩散，而周围原子的基本不动，显然这种区域体积改变更有利于多孔结构的形成。另外间歇性的反应，也有利于截获多孔结构，防止持续反应和长时间高温过程中多孔结构中的韧带粗化，孔结构变大，通过快速升降温循环的和间歇性反应带来的金属原子的快速扩散和富集，快速形成微纳米多孔金属。

本发明直接火焰制备多孔金属的方法和现有的方法相比具有以下的优点：

1、本发明中碳氢燃料产生的火焰同时发挥两个作用，一是将和金属相互作用的气体直接输运到金属表面，另一个是提供气体和金属相互作用的温度(500～850℃)。通过高温条件下气体和固相金属的相互作用直接在金属表面上制备多孔结构具有结构简单、制备方便、无污染的优点；

2、直接提供给多孔金属制备所需要的温度和气体“冲击波”，使得金属上实现了温度快速升降温循环的和间歇性反应，有效促进了金属多孔结构的快速形成；

3、本发明可利用商业化的火焰器具进行金属表面微观结构的构筑，整个反应体系为一个开放式体系，不涉及特殊的技术工艺，对设备的要求低，成本低廉，便于实现大规模的商业化生产；

4、本发明中直接火焰处理，金属可以快速升温(1-3分钟)，利用了气体和固体高温条件下的迅速化学反应和物理过程，形成微纳米多孔结构。具有形成过程快，制备多孔金属成分单一的特点；

5、本发明中的直接火焰法可以看作是一种二次加工技术，能够在制备好的复杂金属材料器件上进行加工，从而制备出复杂的多孔金属器件，适用于工业化生产。

附图说明

图1是实施例一中镍丝表面反应区域温度随时间的变化曲线图；

图2是实施例一中清洗后的镍丝的扫描电镜(SEM)图；

图3是实施例一中在酒精灯火焰中处理5分钟的镍丝扫描电镜(SEM)图；

图4是实施例一得到的多孔镍丝的光学照片；

图5是对比实施例一中氧化还原处理后镍丝扫描电镜(SEM)图；

图6是实施例二中清洗后的镍片的扫描电镜(SEM)图；

图7是实施例二中在酒精灯火焰中处理10分钟的镍片扫描电镜(SEM)图；

图8是实施例三中步骤一清洗后的银丝扫描电镜(SEM)图；

图9是实施例三中在酒精灯火焰中处理20分钟的银丝扫描电镜(SEM)图；

图10是实施例四中清洗后的银片扫描电镜(SEM)图；

图11是实施例四在酒精灯火焰中处理20分钟的银片扫描电镜(SEM)图；

图12是图11的放大图；

图13是对比实施例二中银片在甲烷和氧气混合气体处理后银片扫描电镜(SEM)图；

图14是图13的放大图；

图15是实施例五中清洗后的泡沫铜扫描电镜(SEM)图；

图16是实施例五中在酒精灯火焰中处理10分钟的片泡沫铜扫描电镜(SEM)图；

图17是应用实施例中多孔镍丝的表面电沉积MnO₂的扫描电镜(SEM)图；

图18是应用实施例中以普通镍丝为集流体的(NW-MnO₂)电极和以多孔镍丝为集流体的(MPNW-MnO₂)电极的交流阻抗谱图；

图19是图18中以多孔镍丝为集流体的(MPNW-MnO₂)电极的交流阻抗谱图；

图20是应用实施例中NW-MnO₂和MPNW-MnO₂电极的循环伏安曲线图；

图21是应用实施例中NW-MnO₂和MPNW-MnO₂电极在不同扫速下的比电容值图；

图22是应用实施例中NW-MnO₂电极和MPNW-MnO₂电极的循环伏安稳定性曲线图，其中●代表MPNW-MnO₂电极，☆代表NW-MnO₂电极。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式直接火焰法制备多孔金属的方法按下列步骤实现：

一、将金属材料先用丙酮超声清洗，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的金属材料；

二、点燃燃烧器，燃烧器中的燃料气体燃烧产生火焰，调整燃烧器的火焰温度为550～850℃，将清洗后的金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理5～50min，在多孔化处理过程中不断移动金属处于火焰中的位置，从而完成多孔金属的制备；

其中步骤二所述的燃料气体为氢气，一氧化碳、低分子量的碳氢化合物、酒精、沼气、天然气、液化石油气、焦炉气、水煤气、石油气中的一种或多种气体的混合气体。

本实施方式中低分子量的碳氢化合物为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯或丁烯。

本实施方式从高温条件下气体和固体相互作用的角度出发，利用火焰直接提供给多孔金属制备所需要的温度和气体“冲击波”，通过快速升降温循环的和反应的间歇性带来的金属原子的快速扩散和富集，提出了一种利用直接火焰法在固体金属的表面原位制备微纳米多孔结构的新方法，具有重要的研究意义。

本实施方式制备多孔金属上的微孔结构的孔径更小，这主要是因为火焰法中金属处于高温环境的时间更短，防止了金属多孔结构的长大，特别是在镍丝上形成了纳米级的孔。这对于实际应用，特别是多孔金属作为纳米催化剂的载体有更好的应用前景；另外效率更高，本实施方式可以在几分钟内形成多孔结构，形成孔的密度更大。制备方法更为简单，制备成本更低，不需要处理的腔体设备，不需要气体管理，也不需要额外的加热装置持续提供温度，在开放的系统里实现多孔结构的制备。

本实施方式直接火焰法制备多孔金属的方法能够适用于各种形状的金属材料构件。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的金属材料为铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钋、锰、铁、钴、镍、铜、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂、铁、镍、铜或钛合金。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的金属材料为泡沫金属。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

本实施方式将商品化泡沫金属作为处理对象，主要是泡沫金属是多孔的骨架结构，具有大的比表面积，高的催化性，在石油化工、航空航天、环保中用于制造净化、过滤、催化支架、电极等装置。利用该方法可以在商品化的多孔泡沫镍的骨架结构上，进行二次加工，制备出微纳米的多孔结构。通过这种方法处理完毕的泡沫材料既具有自身的大孔，又具有骨架上小孔，形成了一种独特的多层次微孔结构，在多个领域具有巨大的应用潜力。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一所述的金属材料的形态为金属粉、金属线、金属片或金属膜。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中将清洗后的金属材料垂直或者倾斜放置在燃烧的火焰中。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二将清洗后的金属材料置于多孔承载件，然后将多孔承载体固定在燃烧器喷口的上方，控制多孔承载件和燃烧器喷口之间的距离为3～10cm。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

本实施方式是对直接火焰法设备的组装搭建过程。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是所述的多孔承载件为不锈钢网、多孔结构的陶瓷或者多孔结构的石英玻璃。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六不同的是多孔承载件在多孔化处理过程中往复移动。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

本实施方式通过承载件的往复移动利于多孔结构的均匀形成。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤二将催化剂置于多空承载件上，催化剂为粉体材料、多孔材料或块体材料，所述的催化剂为镍、金、铂、钌、氧化铈、氧化钴、氧化铁、氧化镧或氧化镨。其它步骤及参数与具体实施方式六相同。

本实施方式通过催化剂改变燃烧气体中氧化和还原气体的比例。

具体实施方式十：本实施方式将具体实施方式一制备得到的多孔金属镍应用于超级电容器中作为电极集流体，利用电镀法在多孔金属镍(集流体)上电沉积二氧化锰薄膜，得到超级电容器多孔电极。

实施例一：本实施例酒精灯火焰直接在镍丝的表面原位形成多孔结构的方法按下列步骤实现：

一、将长度为10厘米，直径为0.3毫米的商业化购买的镍丝(纯度99.9％)，使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的镍丝；

二、将酒精灯点燃，将一个K型热电偶和清洗后的镍丝捆绑在一起，保证热电偶测量点和镍丝紧密接触，对镍丝工作区域温度进行实时监控，将清洗后的镍丝直接放置于酒精灯产生的火焰上方，控制镍丝和火焰中心的距离为5厘米，将清洗后的金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理5min，处理过程中手动地前后移动镍丝，处理完毕后，由于镍片在高温条件下有少量的氧化，因此，最后镍丝在750℃的高温H₂条件下还原2小时，完成多孔结构的制备。

图1是火焰处理过程中，镍丝作用区域温度的改变规律。从图中可以看出当火焰用于镍丝的时候，在10秒的时间内，镍丝表面的温度就可以从室温就升高到了气体和固体相互作用需要的600℃，实现了快速的升温(图中虚线区域)；随着镍丝的移动，镍丝和火焰的接触点逐渐改变，作用区域镍丝表面的温度就在～680℃和～250℃之间循环改变，而且可以看出，一旦酒精灯作用和离开热电偶监控所在的区域，它表面的温度就可以在数秒内实现一个快速的升温和降温，形成了镍丝表面的温度“冲击波”。由于气体和固体相互作用需要的温度为～550～850℃，因此温度冲击波，也必然导致了气体和金属相互作用的“冲击波”，因此整个镍丝在火焰中的多孔化处理就在以一种“冲击波”的模式进行。另外，考虑到金属区域的热胀冷缩，这种快速的升降温循环也加速了金属表面原子的快速迁移，有利于多孔化结构的形成。更为重要的是，这样的模式，缩短了金属高温处理的时间，有效防止了长时间高温条件下金属表面的粗化和孔径的变大。所以这样的处理方式更容易获得小的微孔结构。

通过图2和图3的对比可以看出，在经过酒精的火焰高温处理以后，大量的直径为16～183纳米(平均孔直径为87nm)的微纳米孔已经在镍丝的表面形成。图4是火焰法处理后的镍丝，从图中可以看出处理以后由于氧化镍的形成，镍丝的颜色由金属光泽变成了黑色，氢气还原后镍金属又基本恢复原来的颜色，并保持了原来的机械强度，可随意弯曲，可满足其多种应用的需求。

对比实施例一：本实施例高温氧化和还原制备金属镍的方法按下列步骤实现：

一、将镍丝先用丙酮超声清洗，然后依次使用无水乙醇和去离子水清洗干净，晾干后得到清洗后的镍丝；

二、将步骤一得到的清洗后的镍丝放置在刚玉瓷舟内，再将此瓷舟放置于高温石英管内部，在氩气的保护下将石英管升温到750℃，然后将氧气通入到放置有镍丝的石英管中，使镍丝暴露在氧气中进行氧化处理5分钟，形成镍丝氧化物；

三、使用惰性气体吹扫排尽石英管内的氧气，再在750℃的温度下，将氢气通入到石英管内，使镍片氧化物暴露在氢气中进行还原处理2小时，最后在惰性气体的保护下降温，获得多孔镍丝。

从图5中可以看出镍丝如果在气体作用条件下先氧化5分钟再还原的情况下，表面只是开始出现了少量的裂痕，并没有明显的多孔结构形成。这就进一步证明了本发明的“冲击波”模式以及局域体积改变在多孔结构形成中起到主导作用，直接火焰法制备多孔金属实现了多孔结构的快速、高效形成。

实施例二：本实施例酒精灯火焰直接在镍片的表面原位形成多孔结构的方法按下列步骤实现：

一、将厚度为0.05毫米镍片(纯度99.9％)剪切成2×5cm²的长方形，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的镍片；

二、将酒精灯点燃，将清洗后的镍片直接放置于火焰的上方，控制镍片和火焰中心的距离为5厘米，对清洗后的镍片进行多孔化处理10分钟，处理过程中手动的前后移动镍片，处理完毕后，由于镍片在高温条件下有少量的氧化，因此，最后镍片在750℃的高温H₂条件下还原2小时，完成多孔结构的制备。

通过图6和图7对比可以看出，在经过酒精灯的火焰高温处理以后，大量的70～1060纳米的微纳米孔已经在镍片的表面形成。

实施例三：本实施例酒精灯火焰直接在银丝的表面原位形成多孔结构的方法按下列步骤实现：

一、将长度为10厘米，直径为0.3毫米的商业化购买的银丝(纯度99.9％)，使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的银丝；

二、将酒精灯点燃，将清洗后的银丝直接放置于酒精灯产生的火焰上方，控制银丝和火焰中心的距离为5厘米，对清洗后的银丝进行多孔化处理20分钟，处理过程中手动地前后移动银丝，完成多孔结构的制备。

通过图8和图9的对比可以看出，在经过酒精的火焰高温处理以后，大量的直径为700～1300纳米的微纳米孔已经在银丝的表面形成。火焰法处理前后对比可知，处理前银丝具有了金属光泽，处理完毕以后，整个银丝呈现白色。这主要是因为处理完毕后，银丝上形成了大量多孔结构的形成增加了银丝表面的粗糙程度，使得银丝金属表面的镜面反射变为了漫反射。

实施例四：本实施例酒精灯火焰直接在银片表面原位形成多孔结构的方法按下列步骤实现：

一、将厚度为0.1毫米银片(纯度99.9％)剪切成2×5cm²的长方形，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的银片；

二、将酒精灯点燃，将清洗后的银片直接放置于火焰的上方，控制银片和火焰中心的距离为5厘米，对清洗后的银丝进行多孔化处理25分钟，处理过程中手动的前后移动银片，完成多孔结构的制备。

通过图10和图11的对比可以看出，在经过酒精灯的火焰高温处理以后，大量的直径为200～2400纳米的微纳米孔已经在银片的表面形成。图12为放大图。

对比实施例二：利用混合气体制备多孔银片的方法按下列步骤实现：

将清洗后的银片放置在刚玉瓷舟内，再将此瓷舟放置于高温石英管内部，在氩气的保护下将石英管升温到750℃，将甲烷和氧气按照摩尔比为2：1的比例混合后通入到放置银片的石英管中，使银片暴露在混合气体中多孔化处理1个小时，完成多孔银片的制备。

从图13和14中可以看出，该对比实施例混和气体制备多孔金属需要的步骤更为复杂，需要耐高温承载体、高纯气体、气体控制和外加热源，而且在长达1个小时处理以后，银片上只出现了少量的浅孔，而且孔的直径也高达到800～4300纳米。而本发明加速了多孔结构的形成，在短的高温作用时间减小了制备孔的孔径，这也表明了本发明火焰法制备多孔金属的优势。

实施例五：本实施例酒精灯火焰直接在泡沫铜的表面原位形成多孔结构的方法按下列步骤实现：

一、将1.5毫米厚的泡沫铜(纯度99.9％)剪切成2×10cm²的长方形，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的泡沫铜；

二、将酒精灯点燃，将清洗后的泡沫铜直接接放置于火焰的上方，控制泡沫铜和火焰中心的距离为5厘米，对清洗后的泡沫铜进行多孔化处理10分钟，处理过程中手动前后移动泡沫铜，处理完毕后，由于泡沫铜在高温条件下有少量的氧化，因此，最后泡沫铜在750℃的高温H₂条件下还原2小时，完成多孔结构的制备。

通过图15和图16的对比可以看出，在经过酒精灯的火焰高温处理以后，2.8～6.4微米的微纳米孔已经在泡沫铜的表面形成。通过这种方法处理完毕的泡沫铜具有自身的大孔(～50μm)，又具有骨架上小孔(～5μm)，形成了一种独特的多层次微孔结构。这种三维多层次孔结构在需要由大孔提供快速传质路径，小孔提供密集活性催化点的电化学领域也会具有巨大的应用潜力。

应用实施例：利用电镀法在镍丝集流体上电沉积二氧化锰(MnO₂)薄膜。本应用实施例中用到的溶液为0.1mol/L NaSO₄和0.1mol/L Mn(CH₃COO)₂的混合溶液；采用三电极体系，其中以普通镍丝(Ni Wire,NW)和本发明制备的微纳米多孔镍丝(Micro-porous NiWire,MPNW)为工作电极，Pt为对电极，以Ag/AgCl为参比电极；电沉积过程中用到的是上海辰化电化学工作站，采用0.7V的恒电压模式，在两种镍丝集流体上电沉积了二氧化锰(MnO₂)薄膜，构筑了超级电容器多孔NW/MPNW-MnO₂电极。

从图17可以看出，微纳米多孔结构的形成，已经增加了镍丝的比表面积。大量MnO₂团簇已经嵌入到了MPNW的多孔结构中，形成了大量MnO₂电极材料和镍集流体之间的接触界面，减小了电极的欧姆电阻和电荷转移电阻，并提高了电极和集流体之间的附着强度。这一点可以从图18和图19中阻抗谱的对比看出来，NW-MnO₂电极的电荷转移电阻是4308Ωcm²，而MPNW-MnO₂电极的电荷转移电阻仅为26Ωcm²，减小了两个数量级，充分表明了本发明中镍丝上多孔结构极大地减小了电极的电荷转移电阻。

图20和图21表明MPNW-MnO₂电极与NW-MnO₂电极相比，在各个扫描速度下都体现出了更好的电容特性，例如MPNW-MnO₂电极比电容在50mV/s扫速下可以达到12.8mF/cm²是NW-MnO₂电极比电容(6.2mF/cm²)的～2倍。并且MPNW-MnO₂电极还表现出了良好的循环稳定性，在1000次循环下比电容衰退到92％(图22)，而NF-MnO₂电极在1000次循环以后，比电容只有初始值的84％。这种稳定性的提高，主要是因为多孔结构增加了MnO₂和镍丝集流体接触面，增强了MnO₂电极和集流体之间的附着强度，在一定的程度上缓解了MnO₂电极工作过程中因体积改变而导致的从集流体上的脱落问题。

Claims (10)

1.直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于该方法是按下列步骤实现：

一、将金属材料先用丙酮超声清洗，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的金属材料；

二、点燃燃烧器，燃烧器中的燃料气体燃烧产生火焰，调整燃烧器的火焰温度为550～850℃，将清洗后的金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理5～50min，在多孔化处理过程中不断移动金属处于火焰中的位置，从而完成多孔金属的制备；

其中步骤二所述的燃料气体为氢气，一氧化碳、低分子量的碳氢化合物、酒精、沼气、天然气、液化石油气、焦炉气、水煤气、石油气中的一种或多种气体的混合气体。

2.根据权利要求1所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于步骤一所述的金属材料为铝、镓、铟、铊、锗、锡、铅、锑、铋、钋、锰、铁、钴、镍、铜、金、银、钌、铑、钯、锇、铱、铂、铁、镍、铜或钛合金。

3.根据权利要求1或2所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于所述的金属材料为泡沫金属。

4.根据权利要求1所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于步骤一所述的金属材料的形态为金属粉、金属线、金属片或金属膜。

5.根据权利要求1所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于步骤二中将清洗后的金属材料垂直或者倾斜放置在燃烧的火焰中。

6.根据权利要求1或5所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于步骤二将清洗后的金属材料置于多孔承载件，然后将多孔承载体固定在燃烧器火焰喷口的上方，控制多孔承载件和燃烧器喷口之间的距离为3～10cm。

7.根据权利要求6所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于所述的多孔承载件为不锈钢网、多孔结构的陶瓷或者多孔结构的石英玻璃。

8.根据权利要求6所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于多孔承载件在多孔化处理过程中往复移动。

9.根据权利要求6所述的直接火焰法制备多孔金属的方法，其特征在于步骤二将催化剂置于多空承载件上，催化剂为粉体材料、多孔材料或块体材料，所述的催化剂为镍、金、铂、钌、氧化铈、氧化钴、氧化铁、氧化镧或氧化镨。

10.如权利要求1所述的多孔金属的应用，其特征在于该多孔金属应用于超级电容器中作为电极集流体，利用电镀法在多孔金属上电沉积二氧化锰薄膜，得到超级电容器多孔电极；

其中所述的多孔金属的制备方法按下列步骤实现：

一、将金属材料先用丙酮超声清洗，然后使用无水乙醇清洗干净，晾干后得到清洗后的金属材料；

二、点燃燃烧器，燃烧器中的燃料气体燃烧产生火焰，调整燃烧器的火焰温度为550～850℃，将清洗后的金属材料放置在燃烧的火焰中进行多孔化处理5～50min，在多孔化处理过程中不断移动金属处于火焰中的位置，从而完成多孔金属的制备；

其中步骤二所述的燃料气体为氢气，一氧化碳、低分子量的碳氢化合物、酒精、沼气、天然气、液化石油气、焦炉气、水煤气、石油气中的一种或多种气体的混合气体；所述的金属材料为镍。