多孔材料用于能量储存和转化

把文章当做作业来写才行，不然永远开不了头。

人们对于能源的需求越来越大，电能的储存和转化也成为巨大的需求，需要发展新材料来提高电能转化和储存的效率。多孔材料因为具有高表面积和大的孔体积可以改善储能器件的能量密度，功率密度，寿命和稳定性。这篇文章总结多孔材料的制备和他们应用在太阳能电池，太阳能生产燃料，可逆电池，超级电容器和燃料电池中作为电极（催化剂）材料。最后我们提出了研究发展多孔材料中需要克服的问题。

目前，全球80%的能源消耗都是化石能源，化石能源燃烧产生了大量的二氧化碳，进而引起气候变化和其他严重的环境问题。当今发展低碳经济的重要部分就是寻找可再生能源和环境友好的能源储存系统。人们在这个方面投入巨大的精力，开展了很多研究，也遇到很多挑战，主要的挑战就是开发功能化材料。

多孔材料，或者说介孔材料能够吸收客体分子在他的内外表面，引起很多人的关注。根据IUPAC，微孔是<2nm,介孔大于2nm，小于50nm，大孔大于50nm。

最开始的图中，介绍了几种多孔材料的合成方法，包括，软模板法，硬模板法，复合模板法，无模板法。复合模板就是同时使用软模板和硬模板，形成孔径大小不同的分级多孔材料。无模板法合成介孔材料主要是利用纳米粒子的堆积（砌墙）和网状化学中的诱导（MOF的孔做大）。

太阳能电池

染料敏化太阳能电池

染料敏化太阳能电池中需要结晶度最大化，晶体边界很小的材料作为工作电极，而目前合成了几乎为单晶状态的二氧化钛多孔材料（挥发诱导自组装），既提供了大的表面积和孔容，也形成了晶体的形貌（多孔材料一般为无定型），实现了电池效率的提升（相较于之前不使用多孔结构）。

在对电极中，之前一直使用的是pt，存在昂贵和稀少的缺点，且如果电解质中不含碘离子，效率会不高。制备了分级多孔碳材料可以达到和铂接近的效率，同时其他的多孔结构材料也被制备，效率也很好。相信在不久通过材料的复合可以实现高的电子传导和催化活性。

钙钛矿电池

钙钛矿结构做了两个工作，光吸收和空穴传导，效率很高，结构如下图，在其中使用二氧化钛多孔结构可以有稳定的效果，起到的功能主要是抑制磁滞现象，还可以通过在多孔二氧化钛上掺杂锂的元素改善抑制效果。

粉末冶金多孔材料常用的金属或合金有：铁、镍、钨、钛、不锈钢、青铜等等难熔金属，做成的制品通常有：碟状、管状、薄膜等等。

粉末冶金多孔材料有哪些特点？

1：可再生，使用寿命比较长

2：导电和导热性好。

3：耐高温和耐低温。

4：可焊接和加工等。

5：孔径和孔隙度都能自由控制。

三、粉末冶金多孔材料有哪些用途？

1：制造多孔电极

利用孔隙作用于灭火装置、防冻装置、耐高温喷嘴装置上。

2：过滤作用

利用其多孔的特性，可以过滤分离净化液体和气体。

影响多孔吸声材料吸声系数的主要因素有流阻、吸声材料的厚度、吸声材料的容重或空隙率、湿度和温度、材料后空气层的影响、材料饰面的影响。

影响多孔吸声材料吸声系数的因素有哪些

1、流阻

流阻rl是评价吸声材料或吸声结构对空气粘滞性能影响大小的参量。流阻的定义是：微量空气流稳定地流过材料时，材料两边的静压差和流速之比。

流阻与空气的粘滞性、材料或结构的厚度、密度等都有关系。通常将吸声材料或吸声结构的流阻控制在一个适当的范围内，吸声系数大的材料或结构，其流阻也相对比较大，而过大的流阻将影响通风系统等结构的正常工作，因此在吸声设计中必须兼顾流阻特性。

2、材料的厚度

大量的试验证明：吸声材料的厚度决定了吸声系数的大小和频率范围。增大厚度可以增大吸声系数，尤其是增大中低频吸声系数。同一种材料，厚度不同，吸声系数和吸声频率特性不同；不同的材料，吸声系数和吸声频率特性差别也很大，具体选用时可以查阅相关声学手册。

①当材料较薄时，增加厚度，材料的低频吸声性能将有较大的提高，但对于高频的吸声性能则影响较小。

②当厚度增加到一定程度时，再增加材料的厚度，吸声系数增加的斜率将逐步减小。

③多孔材料的第一共振频率近似与吸声材料的厚度成反比。厚度增加，低频的吸声性能提高，吸声系数的峰值将向低频移动，厚度增加一倍，吸声系数的峰值将向低频移动一个倍频程。

3、材料的容重或孔隙率

材料的容重是指吸声材料加工成型后单位体积的重量。有时，也用孔隙率来描述。孔隙率是指多孔吸声材料中连通的空气体积与材料总体积的比值，材料的容重或孔隙率不同，对吸声材料的吸声系数和频率特性有明显影响。

一般情况下，密实、容重大的材料，其低频吸声性能好，高频吸声性能较差；相反，松软、容重小的材料，其低频吸声性能差，而高频吸声性能较好。因此，在具体设计和选用时，应该结合待处理空间的声学特性，合理地选用材料的容重。一般对于同一种材料来说，当厚度不变时，增大容重可以提高中低频的吸声性能，但比增加厚度所引起的变化要小。对于每种不同的多孔吸声材料，一般都存在一个理想的容重范围，在这个范围内材料的吸声性能较好，容重过低或过高都不利于提高材料的吸声性能。

4、湿度和温度

湿度对多孔性材料的吸声性能也有十分明显的影响。随着孔隙内含水量的增大，孔隙被堵塞，吸声材料中的空气不再连通，空隙率下降，吸声性能下降，吸声频率特性

也将改变。因此，在一些含水量较大的区域，应合理选用具有防潮作用的超细玻璃棉毡等，以满足南方潮湿气候和地下工程等使用的需要。

温度对多孔吸声材料也有一定影响。温度下降时，低频吸声性能增加；温度上升时，低频吸声性能下降，因此在工程中，温度因素的影响也应该引起注意。

5、材料后空气层的影响

在实际工程结构中，为了改善吸声材料的低频吸声性能，通常在吸声材料背后预留一定厚度的空气层。空气层的存在，相当于在吸声材料后又使用了一层空气作为吸声材料，或者说，相当于使用了吸声结构。

6、材料饰面的影响

在实际工程中，为了保护多孔吸声材料不致变形以及污染环境，通常采用金属网、玻璃丝布、及较大穿孔率的穿孔板等作为包装护面；此外，有些环境还需要对表面进行喷漆等，这些都将不同程度地影响吸声材料的吸声性能。当护面材料的穿孔率（穿孔面积与护面总面积的比值）超过20%时，这种影响可以忽略不计。

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