DE69831401T2

DE69831401T2 - Poröser metall und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69831401T2
Application number: DE69831401T
Authority: DE
Inventors: Simon George ATTARD; Christine Goeltner
Original assignee: University of Southampton
Current assignee: University of Southampton
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: AU743153B2; WO1998037997A2; EP0963266B1; WO1998037997A3; ATE303219T1; DE69831401D1; US6203925B1; JP2001513147A; GB9703920D0; AU6303498A; CA2282528C; CA2282528A1; ES2247680T3; JP4435874B2; EP0963266A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf poröse Metalle, insbesondere bezieht sie sich auf Metalle mit einer im Wesentlichen regelmäßigen Porenstruktur und einer gleichmäßigen Porengröße sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von porösen Metallen durch Reduktion einer eine Metallquelle enthaltenden Mischung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Poröse Metalle haben breite Anwendungen gefunden bei der Filtration, der Steuerung von Gasströmen, der Katalyse, in Brennstoffzellen und in Batterien. Ihre offene und miteinander verbundene Mikrostruktur erlaubt eine leichte Diffusion von Reaktanden und Elektrolyten auf ihren relativ großen Oberflächenausdehnungen. Üblicherweise sind die porösen Metalle auf der Grundlage ihrer Mikrostruktur in drei Kategorien eingruppiert worden, wobei diese Kategorien bestehen aus Metallschwämmen oder Metallschäumen, aus getragenen, aggregierten d.h. zusammengeballten, kolloidalen Metallen und aus mikromaschinell bearbeiteten Metallen. Metallschwämme und getragene, aggregierte, kolloidale Metalle sind die bedeutendsten Klassen poröser Metalle und sie werden seit vielen Jahren in industriellen Anwendungen eingesetzt. Typische Beispiele dieser Materialien sind Katalysatoren aus Platin und Palladium. Metallschwämme sind zusammengesetzt aus einem unregelmäßigen Fachwerk aus Metall, 1 Mikrometer bis 100 Mikrometer dick, welches miteinander verbundene Poren mit Größen in dem Bereich von 0,5 Mikrometer bis etwa 160 Mikrometer umgibt. Aggregierte, kolloidale Metalle sind zusammengesetzt aus kleinen, primären Partikeln aus Metall, typischerweise kugelförmig und mit Durchmessergrößen in dem Bereich von 2 Nanometer bis 1 Mikrometer, welche zu große Partikeln von unregelmäßiger Größe und Gestalt aggregiert sind. Diese aggregierten Partikel werden oft von nicht metallischen Materialien getragen. Die Variabilität der Porengrößen der Metallschwämme und der aggregierten, kolloidalen Metalle ist typischerweise eher hoch. Die Porengrößen bei diesen Materialien überspannen das obere Ende des mesoporösen Bereiches und des makroporösen Bereiches. Für die Zwecke dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck mesoporös auf Porengrößen in dem Bereich von annähernd 13 bis 200 Å und der Ausdruck makroporös bezieht sich auf Porengrößen größer als etwa 200 Å.
Herkömmliche Verfahren zur Herstellung poröser Metalle schließen die Verfahren des Pulversinterns und des elektrochemischen Abscheidens mit ein. Diese neigen jedoch dazu, so wie oben beschrieben, Metalle mit einer variablen Porengröße zu ergeben, im Allgemeinen in dem makroporösen Bereich, was nicht unbedingt zu einer großen spezifischen Oberflächenausdehnung führen kann und die variable Porengröße erlaubt es nicht dieselben für eine größenselektive Katalyse zu verwenden.
Nach unserem Wissensstand ist es bis jetzt keinem gelungen bei dem Bestreben in Richtung auf die Herstellung von porösen Metallen, welche verbesserte Eigenschaften aufweisen, für den Einsatz, beispielsweise, bei Katalysatoren, Batterien, Brennstoffzellen, elektrochemischen Kondensatoren, Vorrichtungen zur Erzielung von Quantenbegrenzungseffekten, optischen Vorrichtungen, Sensoren, bei der Elektrosynthese, Elektrokatalyse und der Filtration oder der chemischen Trennung, einen Erfolg zu erzielen bei der Entwicklung eines wirkungsvollen Verfahrens zur Herstellung von mindestens mesoporösen Metallen mit einer regelmäßigen Struktur und mit einer gleichmäßigen Porengröße mit den begleitenden Vorteilen hinsichtlich der Eigenschaften, welche solche Metalle erwartungsgemäß zeigen sollten.
Vorher haben wir gezeigt, dass poröse, keramische Oxidmonolithen aus einem lyotropen, flüssigkristallinen Phasenmedium heraus kondensiert werden können, wodurch die flüssige, kristalline Phasentopologie die Synthese des Materials in eine entsprechende Topologie lenkt, welche eine strukturelle Regelmäßigkeit und eine Gleichmäßigkeit der Porengröße zeigt (siehe Attard et al., „Liquid crystalline phases as templates for the synthesis of mesoporous silica", Nature, 23/11/1995). Man erwartete jedoch nicht, dass dieser Schablonenmechanismus zur Synthese poröser Metalle verwendet werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wir haben in überraschender Weise herausgefunden, dass poröse Metalle aus homogenen, lyotropen, flüssigen, kristallinen Phasen hergestellt werden können. Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung ein dem Anspruch 1 entsprechendes Verfahren. Auch liefert die Erfindung ein poröses Metall mit einer regelmäßigen Porenstruktur und mit einer gleichmäßigen Porengröße, wobei die Porengröße in dem Bereich von 13–200 Å liegt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird eine flüssige, kristalline Mischung gebildet und reduziert. Die Mischung enthält ein Ausgangsmaterial für das Metall, aufgelöst in einem Lösungsmittel, und eine ausreichende Menge an einem die organische Struktur steuernden Zusatzmittel, um eine homogene, lyotrope, flüssige, kristalline Phase für die Mischung zu liefern.
Ein oder mehrere Ausgangsmaterialien können in der Mischung für die Reduktion zu einem oder zu mehreren Metallen verwendet werden. Daher kann bei einer geeigneten Auswahl des Ausgangsmaterials die Zusammensetzung des porösen Metalls so gesteuert werden, wie es gewünscht wird. Geeignete Metalle erstrecken sich zum Beispiel auf die erste, zweite und dritte Reihe der Übergangsmetalle, insbesondere auf Platin, Palladium, Gold, Silber, Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen, Blei, Zinn und Indium, vorzugsweise auf Platin, Palladium und Nickel. Die Metalle können Oberflächenschichten aufweisen, beispielsweise Oxide, Sulfide oder Phosphide. Unter den geeigneten Ausgangsmaterialien hat man Hexachlorplatinsäure und Ammoniumtetrachlorpalladat, vorzugsweise Hexachlorplatinsäure.
Das Lösungsmittel ist in der Mischung enthalten, um das natürliche Ausgangsmaterial aufzulösen und um eine flüssige, kristalline Phase in Verbindung mit dem die organische Struktur steuernden Zusatzmittel zu bilden, um dadurch ein Medium für die Reduktion zum porösen Metall zu liefern. Im Allgemeinen wird Wasser als das bevorzugte Lösungsmittel verwendet werden. In bestimmten Fällen kann es jedoch wünschenswert oder notwendig sein, die Reduktion in einer nicht wässrigen Umgebung auszuführen. Unter diesen Umständen kann ein geeignetes organisches Lösungsmittel verwendet werden, zum Beispiel Formamid oder Ethylenglycol.
Das die organische Struktur steuernde Zusatzmittel ist in der Mischung enthalten, um der Mischung eine homogene, lyotrope, flüssige, kristalline Phase aufzuerlegen. Man glaubt, dass die flüssige, kristalline Phase als ein die Struktur steuerndes Medium oder eine Schablone bzw. ein Modell für die Reduktion zum porösen Metall funktioniert. Durch die Steuerung der Nanostruktur der lyotropen, flüssigen, kristallinen Phase und durch die Reduktion der Mischung kann poröses Metall mit einer entsprechenden Nanostruktur synthetisiert werden. Zum Beispiel werden poröse Metalle, welche aus den normalen topologisch hexagonalen Phasen hergestellt sind, ein System von auf einem hexagonalen Gitter angeordneten Poren aufweisen, während die aus normalen topologisch kubischen Phasen hergestellten porösen Metalle ein System von Poren aufweisen werden, welche in einer kubischen Topologie angeordnet sind. In ähnlicher Weise können poröse Metalle mit einer lamellaren Nanostruktur aus lamellaren Phasen ausgeschieden werden. Demgemäß ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung durch ein Ausnutzen des reichen lyotropen Polymorphismus, der bei flüssigen, kristallinen Phasen vorliegt, eine genaue Steuerung über die Struktur der porösen Metalle und es erlaubt die Synthese von gut definierten porösen Metallen, welche über einen ausgedehnten Bereich hinweg eine räumlich und orientierungsmäßig periodische Verteilung von Poren gleichmäßiger Größe aufweisen.
Irgendeine geeignete amphiphile, organische Verbindung oder Verbindungen von dieser Art, welche in der Lage sind eine homogene, lyotrope, flüssige, kristalline Phase zu bilden, können als ein die Struktur steuerndes Zusatzmittel verwendet werden, entweder als eine niedrig molare Masse oder als eine polymere Form. Diese können Verbindungen mit einschließen, welche manchmal als organische, steuernde Zusatzmittel bezeichnet werden. Um die notwendige homogene, flüssige, kristalline Phase bereitzustellen, wird die amphiphile Verbindung im Allgemeinen unter einer hohen Konzentration verwendet, typischerweise von mindestens etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 20 Gew.-% und noch stärker bevorzugt von mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Gewicht des Lösungsmittels und der amphiphilen Verbindung.
Vorzugsweise umfasst das die organische Struktur steuernde Zusatzmittel eine grenzflächenaktive, organische Verbindung mit der Formel R₁R₂Q, wobei R₁ und R₂ Aryl- oder Alkylgruppen mit 6 bis etwa 36 Kohlenstoffatomen oder Kombinationen derselben darstellen, und wobei Q eine Gruppe darstellt, welche ausgewählt wird aus: (OC₂H₄)_nOH, wobei n eine ganze Zahl von etwa 2 bis zu etwa 20 darstellt; Stickstoff, der an mindestens zwei Gruppen gebunden ist, welche ausgewählt werden unter Alkyl mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen und Aryl; und Phosphor oder Schwefel, an mindestens 4 Sauerstoffatome gebunden.
Andere geeignete Verbindungen umfassen organische, grenzflächenaktive Verbindungen mit der Formel RQ, wobei R eine lineare oder verzweigte Alkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkylarylgruppe mit von 6 bis zu etwa 60 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit von 12 bis zu 18 Kohlenstoffatomen darstellt, und Q eine Gruppe darstellt, welche ausgewählt wird unter: [O(CH₂)_m]_nOH, wobei m eine ganze Zahl von] bis zu etwa 4 darstellt und m vorzugsweise den Wert 2 aufweist, während n eine ganze Zahl von 2 bis zu etwa 60, vorzugsweise von 4 bis 8 darstellt; Stickstoff, welcher an mindestens eine Gruppe gebunden ist, die ausgewählt wird unter Alkyl mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen, Aryl, Aralkyl und Alkylaryl; und Phosphor oder Schwefel, an mindestens 2 Sauerstoffatome gebunden. Andere geeignete die Struktur steuernde Zusatzmittel enthalten Monoglyceride, Phospholipide und Glycolipide.
Vorzugsweise werden nicht ionische grenzflächenaktive Stoffe wie etwa Octaethylenglycolmonododecylether (C₁₂EO₈, in welcher EO ein Ethylenoxid darstellt) und Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) als die die organische Struktur steuernden Zusatzmittel verendet.
In den meisten Fällen wird sich das Ausgangsmaterial in den Lösungsmittelbereichen der flüssigen, kristallinen Phase auflösen, aber in bestimmten Fällen kann das Ausgangsmaterial solcher Art sein, dass es sich in den hydrophoben Bereichen der Phase auflösen wird.
Die Mischung kann wahlweise weiterhin ein hydrophobes kohlenwasserstoffhaltiges Additiv enthalten, um den Porendurchmesser des porösen Metalls zu verändern, so wie dies weiter unten ausführlicher erklärt wird. Geeignete Kohlenwasserstoffadditive umfassen n-Heptan, n-Tetradecan und Mesitylen. Das Kohlenwasserstoffadditiv kann in der Mischung in einem molaren Verhältnis zu dem die Struktur steuernden Zusatzmittel in dem Bereich von 0,1 bis zu 4 stehen, vorzugsweise von 0,5 bis zu 1.
Ein Reduktionsmittel wird verwendet, um die Mischung zu reduzieren. Geeignete Reduktionsmittel umfassen Metalle wie Zink, Eisen und Magnesium, Wasserstoffgas und Hydrazin, vorzugsweise Zinkmetall.
Typischerweise kann der pH-Wert der Mischung auf einen Wert in dem Bereich von 2 bis 12 eingestellt werden. Die Temperatur wird im Allgemeinen in dem Bereich von 15 bis 100°C aufrechterhalten, vorzugsweise von 18 bis 80°C, noch stärker bevorzugt von 20 bis 40°C.
Die Mischung und das Reduktionsmittel werden während einer ausreichend langen Zeitdauer stehen gelassen, um das poröse Metall zu fällen, typischerweise über Nacht bei Raumtemperatur. Abhängig von der Natur der Reaktanden kann die Mischung während einer Zeitdauer von 15 Minuten bis zu 4 Wochen stehen gelassen werden, typischerweise während einer Zeitdauer von etwa 24 Stunden. Im Anschluss an die Reduktion wird es gewöhnlich wünschenswert sein, das poröse Metall zu behandeln, um das organische Material einschließlich des die Struktur steuernden Zusatzmittels, Kohlenwasserstoffadditivs, nicht reagierten Ausgangsmaterials und der ionischen Verunreinigen zu entfernen, zum Beispiel durch eine Lösungsmittelextraktion oder durch eine Zersetzung in Stickstoff und eine Verbrennung in Sauerstoff (Kalzinieren). Jedoch braucht für bestimmte Anwendungen solch eine Behandlung nicht notwendig zu sein.
Das poröse Metall kann dann wahlweise einer weiteren Behandlung unterworfen werden, zum Beispiel einer chemischen Behandlung, um Oberflächenschichten herzustellen, zum Beispiel durch eine Reaktion mit Schwefelwasserstoffgas, um ein Metallsulfid zu bilden, oder durch Adsorption von Alkanthiolen oder anderen grenzflächenaktiven Materialien, oder das Metall kann einer physikalischen Behandlung unterworfen werden, zum Beispiel durch eine Adsorption von Proteinen, wie etwa Enzymen, oder durch eine Dotierung mit Metallen der Gruppe I oder II.
Man hat herausgefunden, dass die Porengröße des porösen Metalls variiert werden kann durch ein Verändern der Länge der Kohlenwasserstoffkette des grenzflächenaktiven Stoffes, welcher als das die Struktur steuernde Zusatzmittel verwendet wird, oder durch ein Ergänzen des grenzflächenaktiven Stoffes durch ein Kohlenwasserstoffadditiv. Zum Beispiel werden grenzflächenaktive Stoffe mit einer kürzeren Kette dazu neigen, die Bildung von Poren mit kleinerer Größe zu steuern, wohingegen grenzflächenaktive Stoffe mit einer längeren Kette dazu neigen, Anlass zu Poren mit einer größerer Größe zu geben. Die Zugabe eines hydrophoben Kohlenwasserstoffes als Additiv, wie etwa n-Heptan, als Ergänzungsmittel zu dem grenzflächenaktiven Stoff, welcher als das die Struktur steuernde Zusatzmittel verwendet wird, wird dazu neigen, die Porengröße zu erhöhen gegenüber derjenigen Porengröße, die man durch jenen grenzflächenaktiven Stoff aber bei Abwesenheit des Additivs erreichen würde. Der Kohlenwasserstoff als Additiv kann auch verwendet werden, um die Phasenstruktur der flüssigen, kristallinen Phase zu verändern und auf diese Weise die entsprechende regelmäßige Struktur des porösen Metalls zu steuern.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen porösen Metalle weisen typischerweise eine Größe des Partikeldurchmessers von 90 Nanometer bis zu 2 Millimeter auf. Man hat herausgefunden, dass die Porengröße des porösen Metalls variiert werden kann durch ein Verändern der Länge der Kohlenwasserstoffkette des grenzflächenaktiven Stoffes, welcher als das die Struktur steuernde Zusatzmittel verwendet wird, oder durch ein Ergänzen des grenzflächenaktiven Stoffes durch ein Kohlenwasserstoffadditiv.
Bei Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung können regelmäßige poröse Metalle, welche führende Phasen sind, mit Porengrößen in den mesoporösen und makroporösen Bereichen hergestellt werden, möglicherweise bis zu einer Porengröße von etwa 300 Å. Unter dem Ausdruck "mesoporös", so wie hierin auf denselben Bezug genommen wird, ist ein Porendurchmesser innerhalb des Bereiches von etwa 13 bis zu 200 Å gemeint, und unter dem Ausdruck "makroporös" sind Porendurchmesser gemeint, welche etwa 200 Å überschreiten. Vorzugsweise sind die Metalle mesoporös, stärker bevorzugt weisen sie einen Porendurchmesser innerhalb des Bereiches von etwa 14 bis zu 100 Å auf und am meisten bevorzugt wird ein Porendurchmesser innerhalb des Bereiches von 17 bis zu 50 Å.
Die porösen Metalle besitzen Poren, die im Wesentlichen eine gleichmäßige Größe aufweisen. Unter dem Ausdruck "im Wesentlichen gleichmäßig" ist gemeint, dass mindestens 75% der Poren Porendurchmesser innerhalb von 60%, vorzugsweise innerhalb von 30%, stärker bevorzugt innerhalb von 15% und am meisten bevorzugt innerhalb von 5% des durchschnittlichen Porendurchmessers aufweisen.
Die regelmäßige Porenstruktur des porösen Metalls kann zum Beispiel kubisch sein, lamellar, monoklin, rechteckig zentriert, raumzentriert orthorhombisch, raumzentriert tetragonal, rhomboedrisch oder hexagonal. Vorzugsweise ist die regelmäßige Porenstruktur hexagonal.
Die porösen Metalle, welche man gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten kann, können weitgehender unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen illustriert werden. Die Zeichnungen sind:
1 eine schematische Darstellung eines mesoporösen Metallmaterials, welches eine hexagonale Porenstruktur aufweist
2 eine schematische Darstellung eines mesoporösen Metallmaterials, welches eine kubische Porennanostruktur aufweist.
In der in der 1 illustrierten Ausführung weist das poröse Metall 1 eine hexagonale Anordnung offener Kanäle 2 auf, welche mit internen Durchmessern von etwa 13 Å bis zu etwa 200 Å in einer Metallmatrix 3 synthetisiert werden können. Der Ausdruck "hexagonal", so wie er hierin verwendet wird, umfasst nicht nur Materialien, welche eine mathematisch perfekte, hexagonale Symmetrie innerhalb der Grenzen experimenteller Messungen zeigen, sondern auch jene mit signifikanten beobachtbaren Abweichungen von dem idealen Zustand, vorausgesetzt, dass die meisten Kanäle umgeben sind von einem Durchschnitt von sechs am nächsten gelegenen Nachbarkanälen bei einer im Wesentlichen gleichmäßigen Entfernung.
Eine weitere in der 2 illustrierte Ausführung zeigt ein poröses Metall 4 mit einer kubischen Anordnung von etwa 13 Å bis etwa 200 Å in einer Metallmatrix 6. Der Ausdruck "kubisch", so wie er hierin verwendet wird, umfasst nicht nur Materialien, welche eine mathematisch perfekte Symmetrie zeigen, die zu den kubischen Raumgruppen innerhalb der Grenzen einer experimentellen Messung gehören, sondern auch jene mit signifikanten beobachtbaren Abweichungen vom dem idealen Zustand, vorausgesetzt, dass die meisten Kanäle verbunden sind mit zwischen zwei und sechs anderen Kanälen.
In ihren kalzinierten oder lösungsmittelextrahierten Formen können die porösen Metalle, welche man nach dem Verfahren der Erfindung erhalten kann, charakterisiert werden durch ein Röntgenbeugungsmuster mit mindestens einem Scheitelwert an einer Stelle, welche größer ist als etwa der 18 Å-Einheiten d-Abstand (4,909 Grade zwei-Theta für Cu K-Alphastrahlung), und durch eine Untersuchung unter Verwendung der Transmissions-Elektronen-Mikroskopie oder der Rastertunnelmikroskopie. Die Transmissions-Elektronen-Mikroskopie zeigt typischerweise, dass die Größe der Poren gleichmäßig ist bis zu innerhalb 15% der durchschnittlichen Porengröße.
Die porösen Metalle gemäß der Erfindung weisen Poren von einem gleichmäßigen Durchmesser auf, im Gegensatz zu den bisher erhältlichen porösen Metallen. Auch können die porösen Metalle gemäß der Erfindung Architekturen aufweisen, welche bis jetzt durch andere Verfahren nicht erhalten werden konnten. Weiterhin können die porösen Metalle hohe spezifische Oberflächen, hohe doppelte Schichtkapazitäten aufweisen und sie liefern einen geringen wirksamen Reihenwiderstand gegenüber einer Elelktrolytdiffusion. Es können poröse Metalle hergestellt werden, welche eine größere mechanische, elektrochemische, chemische und thermische Haltbarkeit zeigen als poröse Metalle, welche man nach anderen Verfahren erhält.
Die porösen Metalle gemäß der Erfindung können die folgenden Anwendungen finden: in Sensoren, etwa in Gassensoren, zum Beispiel für Kohlenstoffmonoxid, Schwefelwasserstoff, Methan oder in Anwendungen einer "elektronischen Nase", in chemischen Sensoren, zum Beispiel für die Prozesssteuerung in der chemischen Industrie, und in Biosensoren, zum Beispiel für Glukose oder für therapeutische Arzneimittel; in Batterien, zum Beispiel als Anoden- und Kathodenelektroden; in Brennstoffzellen, zum Beispiel als Anoden- und Kathodenelektroden oder als fester Elektrolyt; in Solarzellen, zum Beispiel als Kollektoren oder als Träger für organometallische Arten; in elektrochromatischen Vorrichtungen wie etwa in Anzeigevorrichtungen oder in intelligenten, steuerbaren Fenstern; in Feldemittern, zum Beispiel in Anzeigevorrichtungen oder in elektronischen Vorrichtungen; in der Elektrokatalyse, zum Beispiel in der Enzymnachahmung oder bei der "sauberen Synthese" von Pharmazeutika; in magnetischen Vorrichtungen, zum Beispiel bei magnetisch aufzeichnenden Medien oder bei Medien mit einem großen Magnetwiderstand; in optischen Vorrichtungen wie etwa in nicht linearen optischen Medien, in Vorrichtungen für evaneszente Wellen, in Vorrichtungen für Oberflächenplasmonenpolariton oder in optisch aufzeichnenden Medien; für wissenschaftliche Anwendungen wie etwa in Oberflächen erweiternden optischen Verfahren, in chemischen Reaktionen in beschränkten geometrischen Abmessungen oder bei physikalischen Verfahren in beschränkten geometrischen Abmessungen; für chemische Trennungen, zum Beispiel in elektrostatischen Abscheidern oder in Gasseparatoren; und für die Verwendung als Katalysatoren, als Elektrodenmaterial, als fluides Speichermedium und Sorptionsmittel.
BESTE ART
Vorzugsweise wird eine Mischung von Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈), Wasser und einer Hexachlorplatinsäure erhitzt und kräftig geschüttelt, um eine hexagonale, flüssige, kristalline Phase zu bilden. Ein Stück eines Zinkmetalls wird dann als Reduktionsmittel in die Mischung eingebracht und es wird der Reaktionsmischung erlaubt über Nacht bei Raumtemperatur stehen zu bleiben. Organische Materie, nicht reagierte Hexachlorplatinsäure und Zinksalze können dann aus dem resultierenden Produkt entfernt werden unter Verwendung von Aceton, einer verdünnten Schwefelsäure und von destilliertem Wasser, um ein poröses Platinmetall zu erhalten.
BEISPIELE
Beispiel 1
0,235 Gramm Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) wurden gemischt mit 0,201 Gramm Wasser und 0,283 Gramm Hexachlorplatinsäure. Die Mischung wurde erhitzt und kräftig geschüttelt. Bei der Untersuchung unter Verwendung eines polarisierten Lichtmikroskops wurde beobachtet, dass die Mischung eine optische Strukturcharakteristik einer hexagonalen, flüssigen, kristallinen Phase aufwies. Ein Stück eines Zinkmetalls wurde als Reduktionsmittel in die Mischung hineingelegt. Es wurde der Reaktionsmischung erlaubt über Nacht bei Raumtemperatur stehen zu bleiben. Organische Materie, nicht reagierte Hexachlorplatinsäure und Zinksalze wurden aus dem resultierenden Produkt entfernt mit Aceton, verdünnter Schwefelsäure und mit destilliertem Wasser. Bei der Untersuchung mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie fand man heraus, dass das Metallprodukt eine hexagonale Anordnung von Poren mit internen Durchmessern von 34 Å aufwies, getrennt von einer Metallwand von mindestens 18 Å breit.
Beispiel 2
0,235 Gramm Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) wurden gemischt mit 0,116 Gramm Wasser und 0,283 Gramm Hexachlorplatinsäure. Die Mischung wurde erhitzt und kräftig geschüttelt. Bei der Untersuchung unter Verwendung eines polarisierten Lichtmikroskops wurde beobachtet, dass die Mischung hoch viskos war und dass sie keine Doppelbrechung aufwies. Das Vorhandensein von Luftblasen mit einem facettenhaften Aussehen wies darauf hin, dass die Mischung sich in einer kubischen, flüssigen, kristallinen Phase befand. Ein Stück eines Zinkmetalls wurde als Reduktionsmittel in die Mischung eingebracht und es wurde der Reaktionsmischung erlaubt über Nacht bei Raumtemperatur stehen zu bleiben. Organische Materie, nicht reagierte Hexachlorplatinsäure und Zinksalze wurden aus dem resultierenden Produkt entfernt mit Aceton, verdünnter Schwefelsäure und mit destilliertem Wasser. Bei der Untersuchung mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie fand man heraus, dass das Metallprodukt eine kubische Anordnung von Poren mit internen Durchmessern von 30 Å aufwies, getrennt von einer Metallwand von mindestens 18 Å breit.
Beispiel 3
0,235 Gramm Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) wurden gemischt mit 0,201 Gramm Wasser und 0,283 Gramm Hexachlorplatinsäure. Die Mischung wurde erhitzt und kräftig geschüttelt. Bei der Untersuchung unter Verwendung eines polarisierten Lichtmikroskops wurde beobachtet, dass die Mischung eine optische Strukturcharakteristik einer hexagonalen, flüssigen, kristallinen Phase aufwies. Wasserstoffgas wurde als Reduktionsmittel in das Reaktionsgefäß eingeführt und es wurde der Mischung erlaubt während einer Zeitdauer von 24 Stunden stehen zu bleiben. Organische Materie und nicht reagierte Hexachlorplatinsäure wurden aus dem resultierenden Produkt entfernt mit Aceton und mit destilliertem Wasser. Bei der Untersuchung mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie fand man heraus, dass das Metallprodukt eine kubische Anordnung von Poren mit internen Durchmessern von 34 Å aufwies, getrennt von einer Metallwand von mindestens 18 Å breit.
Beispiel 4
0,235 Gramm Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) wurden gemischt mit 0,201 Gramm Wasser und 0,283 Gramm Hexachlorplatinsäure. Die Mischung wurde erhitzt und kräftig geschüttelt. Bei der Untersuchung unter Verwendung eines polarisierten Lichtmikroskops wurde beobachtet, dass die Mischung eine optische Strukturcharakteristik einer hexagonalen, flüssigen, kristallinen Phase aufwies. 0,235 Gramm Octaethylenglycolmonohexadecylether (C₁₆EO₈) wurden gemischt mit 0,116 Gramm einer Hydrazinhydratlösung in Wasser. Die Mischung wurde kräftig geschüttelt. Bei der Untersuchung unter Verwendung eines polarisierten Lichtmikroskops wurde beobachtet, dass die Mischung eine optische Strukturcharakteristik einer hexagonalen, flüssigen, kristallinen Phase aufwies. Die flüssige, kristalline Mischung mit Hydrazin als Reduktionsmittel wurde gemischt mit der die Hexachlorplatinsäure enthaltenden Mischung und es wurde der Reaktionsmischung erlaubt während einer Zeitdauer von 3 Stunden stehen zu bleiben. Organische Materie und nicht reagierte Hexachlorplatinsäure und Hydrazin wurden aus dem resultierenden Produkt entfernt mit Aceton und mit destilliertem Wasser. Bei der Untersuchung mittels Transmissions-Elektronemikroskopie fand man heraus, dass das Metallprodukt eine kubische Anordnung von Poren mit internen Durchmessern von 34 Å aufwies, getrennt von einer Metallwand von mindestens 18 Å breit.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines porösen Metalls oder einer organisch-metallischen Zusammensetzung, aus welcher jenes poröse Metall hergestellt werden kann, wobei das poröse Metall eine regelmäßige Porenstruktur und eine gleichmäßige Porengröße aufweist; Verfahren das ein Reduzieren einer Mischung umfasst, welche enthält: eine Quelle des Metalls; ein Lösungsmittel; und ein die organische Struktur steuerndes Hilfsmittel, das in einer Menge vorliegt, welche ausreichend ist, um eine kubische, lamellare oder eine hexagonale, lyotrope Flüssigkristallphase in der Mischung zu bilden, um eine organisch-metallische Zusammensetzung zu bilden, und wahlweise ein Entfernen von organischer Materie aus der Zusammensetzung, um das poröse Metall zu bilden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Mischung eine Flüssigkristallphase enthält, die eine hexagonale Topologie aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Mischung eine Quelle eines Metalls enthält, welches ausgewählt wird unter Platin, Palladium und Nickel.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Lösungsmittel Wasser ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das die organische Struktur steuernde Hilfsmittel ein Octaethylenglykolmonohexadecylether ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Mischung unter Verwendung von Zinkmetall als Reduktionsmittel reduziert wird.
Poröses Metall mit einer regelmäßigen Porenstruktur und mit einer gleichmäßigen Porengröße, bei welchem die Porengröße in dem Bereich von 13–200 Å liegt.
Poröses Metall gemäß Anspruch 7, bei welchem die regelmäßige Porenstruktur hexagonal ausgebildet ist.