一种双功能高熵纳米合金电催化剂及其制备方法技术

一种双功能高熵纳米合金电催化剂及其制备方法，属于新材料制备技术领域。该双功能高熵纳米合金电催化剂双功能高熵纳米合金电催化剂包括多孔泡沫镍基体以及电沉积负载在泡沫镍基体上的(Fe

【技术实现步骤摘要】
一种双功能高熵纳米合金电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料制备
，具体涉及一种双功能高熵纳米合金电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]电催化水分解(2H2O
→
O2+2H2)作为一种清洁高效的制氢方法，由阴极析氢反应和阳极析氧反应两个半反应构成。但在实际应用中，反应动力学缓慢和过电位较大限制了这两个半反应的快速进行。目前用于商业的催化剂主要为贵金属基催化剂(析氢反应的Pt电极、析氧反应的IrO2和RuO2电极)，然而贵金属高成本、稀缺性的缺点阻碍了电解水的进一步发展。因此开发性能高效稳定、成本价廉的非贵金属基电催化剂是推动电解水规模应用的关键，也是当前迫切需要攻克的难题。
[0003]含有多种金属组元的高熵合金催化剂由于配位、几何效应等而具有优良的催化活性。而纳米尺寸的高熵合金电催化剂更广泛应用于催化领域，其因具有比单一金属纳米材料更优的性能而受到广泛关注。根据目前报道的可用于电催化领域高熵纳米合金电催化剂的制备方法包括化学还原法、模板法、碳热振荡法等，但同时实现合成方法简单、制备成本低廉、拥有双功能催化活性、可有望实际大范围制备的工艺较少，开发新组分高熵纳米合金电催化以及制备工艺流程尤为重要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种双功能高熵纳米合金电催化剂及其制备方法，该双功能高熵纳米合金电催化剂为一种含Li高熵纳米合金电催化剂(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)。该制备方法操作简易，制备时间快速。因此所制备出的(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)高熵纳米合金电催化剂不仅有较大的科研意义，而且有利于实现大规模实际生产，具有一定的经济价值。
[0005]本专利技术的双功能高熵纳米合金电催化剂包括多孔泡沫镍基体以及电沉积负载在泡沫镍基体上的(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)高熵纳米合金，其中，负载在泡沫镍基体上的(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)高熵纳米合金的负载量为5～8mg/cm2。另外，高熵纳米合金为立方晶系，Fm
‑
3m空间群，纳米微观结构为相互交错的纳米片状，纳米片的厚度为20～35nm。
[0006]更优选为，(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.25)。
[0007]所述使用的泡沫镍基体的孔隙率为≥98％，孔径为0.1～0.5mm。
[0008]泡沫镍基体的作用一方面是负载和分散高熵纳米合金，为均匀沉积而达到优异的电催化性能，提高所述高熵纳米合金电催化剂的稳定性。另一方面泡沫镍基体提高催化剂的导电性，多孔结构有利于反应物和产物的传输，提高高熵纳米合金电催化剂的催化活性。
[0009]在1mol/L KOH碱性条件下，(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.25)双功能高熵纳米合金电催化剂析氢反应的起始电位为
‑
0.105V，电流密度在10mA/cm2时的过电位为
26mV，析氧反应的起始电位为1.44V，电流密度在10mA/cm2时的过电位为224mV，具有最优异的析氢反应、析氧反应电催化性能。
[0010]本专利技术的一种双功能高熵纳米合金电催化剂的制备方法，具体步骤如下：
[0011]步骤1，前驱体溶液配置：
[0012]按照金属离子摩尔比为Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1：(1.6～1.8)称取相应的FeCl3·
6H2O、CoCl2、NiCl2·
6H2O、CuCl2·
6H2O、ZnCl2、LiCl混合，并溶解于去离子水，密封，混合搅拌均匀，得到均匀混合的电解液；
[0013]所述的步骤1中，均匀混合搅拌，搅拌时间优选为3～4h。
[0014]步骤2，制备高熵纳米合金：
[0015](1)将步骤1所得到的电解液，调节pH值在4～4.5，加热至40～50℃；
[0016](2)采用三电极体系，多孔泡沫镍作为工作电极，石墨棒作为对电极，夹好放入电解液中；
[0017](3)使用恒电位电沉积，沉积电位为
‑
0.2
±
0.02V，沉积时间为850～900s；
[0018](4)沉积结束后，对沉积高熵纳米合金的泡沫镍基体进行反复多次冲洗，并在空气中自然干燥，得到在泡沫镍基体上均匀沉积的双功能高熵纳米合金电催化剂。
[0019]上述双功能高熵纳米合金电催化剂的制备方法，其中：
[0020]所述步骤1中，作为优选，FeCl3·
6H2O浓度为0.1mol/L，CoCl2浓度为0.1mol/L，NiCl2·
6H2O浓度为0.1mol/L，CuCl2·
6H2O浓度为0.1mol/L，ZnCl2浓度为0.1mol/L，LiCl浓度为0.166mol/L。
[0021]所述步骤2(1)中，调节pH值的方法为：保持搅拌转速为200～300rpm，使用移液枪吸取氨水或0.1mol/L稀盐酸缓慢调节电解液pH为4～4.5。
[0022]所述步骤2(2)中，所使用的多孔泡沫镍基体尺寸为20mm
×
10mm
×
0.8mm。多孔泡沫镍经过0.5mol/L稀盐酸超声预处理时间3～5min，目的是去除表面的氧化层，并使用去离子水、无水乙醇反复冲洗三次，空气中静置干燥。
[0023]所述步骤2(3)中，沉积过程前，工作电极夹和参比电极夹同时夹到工作电极上，而且泡沫镍基体需要放入电解液液面以下1～1.5cm，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双功能高熵纳米合金电催化剂，其特征在于，包括多孔泡沫镍基体以及电沉积负载在泡沫镍基体上的(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)高熵纳米合金，其中，负载在泡沫镍基体上的(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.24～0.27)高熵纳米合金的负载量为5～8mg/cm2。2.根据权利要求1所述的双功能高熵纳米合金电催化剂，其特征在于，高熵纳米合金为立方晶系，Fm
‑
3m空间群，纳米微观结构为相互交错的纳米片状，纳米片的厚度为20～35nm。3.根据权利要求1所述的双功能高熵纳米合金电催化剂，其特征在于，所述多孔泡沫镍基体的孔隙率为≥98％，孔径为0.1～0.5mm。4.根据权利要求1所述的双功能高熵纳米合金电催化剂，其特征在于，高熵纳米合金为(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.25)。5.根据权利要求4所述的双功能高熵纳米合金电催化剂，其特征在于，在1mol/L KOH碱性条件下，(Fe
1/5
Co
1/5
Ni
1/5
Cu
1/5
Zn
1/5
)1‑
x
Li
x
(x＝0.25)双功能高熵纳米合金电催化剂析氢反应的起始电位为
‑
0.105V，电流密度在10mA/cm2时的过电位为26mV，析氧反应的起始电位为1.44V，电流密度在10mA/cm2时的过电位为224mV。6.权利要求1
‑
5任意一项所述的双功能高熵纳米合金电催化剂的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐西伟，包阿特尔，王轩宇，张晓燕，谷耀行，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：