一种高熵非晶型阳极析氧电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高熵非晶型阳极析氧电极材料及其制备方法，所述电极材料为非晶态(Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高熵非晶型阳极析氧电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种高熵非晶型阳极析氧电极材料，还涉及上述电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，传统化石能源(煤、石油、天然气)带来的温室效应，雾霾、酸雨已经引起了不容忽视的问题。地球上的化石能源储备有限，过度开采不利于人类社会的可持续发展。因此探索清洁可持续的新能源，已经成为人类面临的重大课题。氢能作为一种清洁能源，具有很高的能量密度，受到了广泛的关注。电解水制氢是目前广泛采用的一种制氢方法，在电解水装置中，三电极系统的阴极和阳极分别产生氢气和氧气。但是目前进行电解水仍然需要克服较大的能量势垒，这就导致了转换效率不高。因此，开发阳极催化材料的关键在于降低反应所需要的活化能，同时对电极的稳定性具有一定的要求。目前，阳极催化电极最常见的材料是贵金属氧化物，包括RuO2、IrO2等。但是贵金属高昂的价格限制其应用，难以满足实际需求。并且贵金属氧化物在碱性电解液KOH中稳定性较差。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种价格低廉、耐蚀性好且电催化性能优良的高熵非晶型阳极析氧电极材料；本专利技术另一目的是提供上述阳极析氧电极材料的制备方法。
[0004]技术方案：本专利技术所述的高熵非晶型阳极析氧电极材料，所述电极材料为非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
100r/>‑
x
B
x
合金材料，所述合金材料上构建有多孔结构，多孔结构均匀分布在合金材料上。
[0005]本专利技术(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
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)
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‑
x
B
x
合金材料在结构上为非晶态，处于热力学亚稳的无序状态，非晶态结构可以保证合金成分上的高度均匀性，提供更多的活性位点有利于析氧过程中的电子转移，加快反应过程。通过循环伏安法进行表面结构调整，实现循环伏安法后(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
100
‑
x
B
x
高熵非晶带材上多孔结构的均匀分布。
[0006]其中，孔结构为圆孔结构，圆孔结构的直径为80～150nm。
[0007]其中，非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x
合金材料中，X＝15～20。
[0008]上述高熵非晶型阳极析氧电极材料的制备方法，所述制备方法为：先制备非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x
合金材料，再对非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x
合金材料采用循环伏安法进行电化学激活，生成有利于析氧过程的带多孔结构多活性物质的电极材料。
[0009]本专利技术电极材料通过对非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x
合金材料进行电化学激活，能够在合金材料表面获得多孔状含多组元的羟基氧化物(该羟基氧化物含有多种金属离子)，从而增加带材表面单一点的催化活性，电化学激活后，有效提升了合金带材的比表面积和电催化活性。
[0010]其中，非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x
高熵合金采用如下方法制备而成：按
照设定的各原子百分比转换成元素质量比称取Fe、Co、Ni、Cr、V、B颗粒；将称取的颗粒均匀混合，置于高真空熔炼炉中反复熔炼，得到成分准确的合金锭；将合金锭破碎成金属小块置于喷管中；将喷管固定在真空甩带机的感应线圈内，待甩带机抽至真空状态后，设置特定的铜棍转动速度；金属小块充分熔化后，利用内外压力差将熔融状态的金属从喷管底部小孔喷射到高速旋转的铜辊上。非晶态结构可以保证合金成分上的高度均匀性，并且非晶的长程无序状态可以提供更多的活性位点，从而有利于析氧过程中的电子转移，加快反应动力学过程，降低反应所需要的活化能，从而有利于析氧反应过程的进行。
[0011]其中，电化学激活采用电化学工作站三电极体系，其中，以Ag/AgCl为参比电极，Pt电极为对电极，(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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B
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高熵非晶带材为工作电极。
[0012]电化学激活过程中，激活的电位范围为
‑
0.5～1V，循环伏安法扫描次数的范围为100～1000次，激活的扫描速度范围为0.005～0.5V/s。
[0013]合金体系中的Fe、Co、Ni、Cr元素会在循环伏安法的过程中逐渐转变为析氧过程中的活性物质羟基氧化物，而V元素会逐渐从合金体系中析出，最终导致了多孔结构的产生。
[0014]有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有的显著优点为：首先，本专利技术的高熵非晶合金材料中原料为非贵金属元素Fe、Co、Ni、Cr、V和非金属元素B，与贵金属氧化物RuO2、IrO2相比成本低廉，且上述元素在地壳中储存丰富，有利于实际应用；其次，(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
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)
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B
x
电极材料有良好的耐腐蚀性能，在碱性电解液KOH中稳定性良好；最后，(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
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)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵非晶型阳极析氧电极材料，其特征在于：所述电极材料为非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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‑
x
B
x
合金材料，所述合金材料上构建有多孔结构，多孔结构均匀分布在合金材料上。2.根据权利要求1所述的高熵非晶型阳极析氧电极材料，其特征在于：孔结构为圆孔结构，圆孔直径为80～150nm。3.根据权利要求1所述的高熵非晶型阳极析氧电极材料，其特征在于：非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
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x
合金材料中，X＝15～20。4.一种权利要求1所述的高熵非晶型阳极析氧电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：先制备非晶态(Fe
0.2
Co
0.2
Ni
0.2
Cr
0.2
V
0.2
)
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x
B
x

【专利技术属性】
技术研发人员：潘冶，钟旭，陆韬，朱银安，于金，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：