一种高活性电解水用四元高熵泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高活性电解水用四元高熵泡沫，属于微纳材料制备技术领域，其成分由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23～27at％，Ni含量为23～27at％，Co含量为23～27at％，Fe含量为23～27at％。本发明专利技术还公开了其制备方法。本发明专利技术的一种高活性电解水用四元高熵泡沫，具有良好的催化活性，可用于高效的电解水技术，作为水制氢催化剂使用时，该方法制备出的NiCuCoFe高熵合金泡沫表面析氧过电位可低至250mV，远小于普通高熵合金条带、薄膜及表面的水平，也低于市售Ru和In氧化物催化剂水平；本发明专利技术的制备方法制备过程无需采用高温、真空等苛刻环境，在5分钟内即可制备出成品，方法简单可靠，原材料价格低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种高活性电解水用四元高熵泡沫及其制备方法
本专利技术属于微纳材料制备
，具体涉及一种高活性电解水用四元高熵泡沫及其制备方法。
技术介绍
电解水能够同时提供氢和氧，而氢和氧的化合能在生成洁净水的同时提供高密度的能量，为清洁、高效能源的可持续开发和利用提供了良好途径。但电解水在析氢/析氧时，平衡电位很负/正，且过电位很大，尤其是析氧端，过电位往往超过300mV。这迫切需要在电极材料上使用高效的水分解用催化剂。在现已开发出的材料中，析氢端效果最好的是Pt基催化剂，析氧端是Ru或In的氧化物。但这类材料因涉及稀有金属的使用，价格非常昂贵。近年来，非贵金属和碳基新型纳米催化剂不断的被开发出来，以降低电解水成本。但上述材料大多存在制备过程复杂，多元掺杂困难，析氧端过电位仍偏大等问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种高活性电解水用四元高熵泡沫，该材料具有良好的催化活性，可用于高效的电解水技术；本专利技术的另一目的在于提供高活性电解水用四元高熵泡沫的制备方法，不需要高温、真空等苛刻条件，在5分钟内即可制备出高催化活性的电解水用四元高熵泡沫；该制备方法简单，采用其制备的CuNiCoFe高熵合金合金同时兼具纳米枝晶和分级多孔结构。技术方案：为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其成分由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23～27at％，Ni含量为23～27at％，Co含量为23～27at％，Fe含量为23～27at％。进一步的，该高活性电解水用四元高熵泡沫中具有三维连通的微米孔，微米孔的孔径在10～50um范围内。进一步的，所述的微米孔的孔壁由CuNiCoFe枝晶构成。进一步的，所述的CuNiCoFe枝晶初次枝晶长度为2～3um，高次枝晶长度为5～10nm。进一步的，所述的一种高活性电解水用四元高熵泡沫的制备方法，包括以下步骤：1)将工作电极置于CuSO4、NiSO4、CoSO4、Fe2(SO4)3、(NH4)2SO4、Na3C6H5O7和H3BO3混合溶液中；2)进行恒流电化学沉积。进一步的，步骤1)中，所述的CuSO4浓度为0.003～0.070M，所述的NiSO4的浓度为0.008～0.210M，所述的CoSO4浓度为0.005～0.15M，所述的Fe2(SO4)3的浓度为0.008～0.12M，所述的(NH4)2SO4浓度为0.4～0.6M，所述的Na3C6H5O7浓度为0.2～0.4M，所述的H3BO3浓度为0.3～0.5M。进一步的，步骤2)中，所述的恒流沉积的电流密度为0.7～1.2A/cm2，沉积时间为30～3000s。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种高活性电解水用四元高熵泡沫，具有良好的催化活性，可用于高效的电解水技术，作为水制氢催化剂使用时，该方法制备出的NiCuCoFe高熵合金泡沫表面析氧过电位可低至250mV，远小于普通高熵合金条带、薄膜及表面的水平，也低于市售Ru和In氧化物催化剂水平；本专利技术的制备方法制备过程无需采用高温、真空等苛刻环境，在5分钟内即可制备出成品，方法简单可靠，原材料价格低廉。附图说明图1为CuNiCoFe高熵合金泡沫低倍(插图)和高倍形貌图(扫描电子显微镜)；图2为CuNiCoFe高熵合金泡沫能谱图；图3为CuNiCoFe高熵合金泡沫表面析氧反应的线性扫描图。具体实施方式下面结合附图和具体实施实例对本专利技术进一步说明。一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其成分由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23～27at％，Ni含量为23～27at％，Co含量为23～27at％，Fe含量为23～27at％。泡沫中具有大量三维连通的微米孔，孔径在10～50um范围内。孔壁由CuNiCoFe枝晶构成，初次枝晶长度约为2～3um，高次枝晶长度在5～10nm之间。一种高活性电解水用四元高熵泡沫的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将工作电极置于CuSO4、NiSO4、CoSO4、Fe2(SO4)3、(NH4)2SO4、Na3C6H5O7和H3BO3混合溶液中；2)进行恒流电化学沉积。步骤1)中，CuSO4浓度为0.003～0.070M，NiSO4的浓度为0.008～0.210M，CoSO4浓度为0.005～0.15M，Fe2(SO4)3的浓度为0.008～0.12M，(NH4)2SO4浓度为0.4～0.6M,Na3C6H5O7浓度为0.2～0.4M,H3BO3浓度为0.3～0.5M。步骤2)中，所述的恒流沉积的电流密度为0.7～1.2A/cm2，沉积时间为30～3000s。实施例1将工作电极置于CuSO4、NiSO4、CoSO4、Fe2(SO4)3、(NH4)2SO4、Na3C6H5O7和H3BO3混合溶液中进行恒流电化学沉积；混合溶液中CuSO4浓度为0.007M，NiSO4的浓度为0.010M，CoSO4浓度为0.006M，Fe2(SO4)3的浓度为0.005M，(NH4)2SO4浓度为0.5M,Na3C6H5O7浓度为0.3M，H3BO3浓度为0.4M；沉积时间为3000s，沉积电流为0.7A/cm2。通过上述步骤制备出的泡沫由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为25at％,Ni含量为25at％,Co含量为25at％，Fe含量为25at％(如图1，通过能量色散谱获得成分信息)。泡沫中具有大量三维连通的微米孔，孔径在25～50um范围内。孔壁由CuNiCoFe枝晶构成，初次枝晶长度约为2um，高次枝晶长度在5～7nm之间，具体结构图如图2。经活化后，泡沫表面析氢过电位80mV，析氧过电位250mV。析氧过电位测量如图3所示：将测量样品电位从1.2V逐渐增加至1.6V，同时测量通过样品的电流，获得电势-电流曲线；当电流密度达到10mA/cm2时，对应电势为实际析氧电势；实际析氧电势与理论析氧电势之差即为析氧过电位。实施例2将工作电极置于CuSO4、NiSO4、CoSO4、Fe2(SO4)3、(NH4)2SO4、Na3C6H5O7和H3BO3混合溶液中进行恒流电化学沉积；混合溶液中CuSO4浓度为0.070M，NiSO4的浓度为0.210M，CoSO4浓度为0.150M，Fe2(SO4)3的浓度为0.120M，(NH4)2SO4浓度为0.4M,Na3C6H5O7浓度为0.2M,H3BO3浓度为0.3M；沉积时间为60s，沉积电流为1.2A/cm2。通过上述步骤制备出的泡沫由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23at％,Ni含量为23at％,Co含量为27at％，Fe含量为27at％。泡沫中具有大量三维连通的微米孔，孔径在30～50um范围内。孔壁由CuNiCoFe枝晶构成，初次枝晶长度约为3um，高次枝晶长度在5～10nm之间。经活化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其特征在于，其成分由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23～27at％，Ni含量为23～27at％，Co含量为23～27at％，Fe含量为23～27at％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其特征在于，其成分由Cu、Ni、Co和Fe组成，其中Cu含量为23～27at％，Ni含量为23～27at％，Co含量为23～27at％，Fe含量为23～27at％。


2.根据权利要求1所述的一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其特征在于：该高活性电解水用四元高熵泡沫中具有三维连通的微米孔，微米孔的孔径在10～50um范围内。


3.根据权利要求2所述的一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其特征在于：所述的微米孔的孔壁由CuNiCoFe枝晶构成。


4.根据权利要求3所述的一种高活性电解水用四元高熵泡沫，其特征在于：所述的CuNiCoFe枝晶初次枝晶长度为2～3um，高次枝晶长度为5～10nm。


5.权利要求1-4中任意一项所述的一种高活性电解水用四元高熵泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭海，吕宙，崔鹏，曾宇乔，郑新健，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32