【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，尤其涉及纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氢能是一种清洁高效的二次能源，可作为能源互联媒介。由可再生能源(如太阳能或风能)驱动的电催化水分解反应制取氢气，实现电能到化学能的转化与存储，再耦合氢燃料电池，将氢气与氧气反应生成无污染的水，实现化学能转化为电能，上述系统以氢气和水作为载体，是极具可行性的能量转换路径。析氢反应和氢氧化反应是电解水制氢和氢燃料电池中至关重要的半反应，虽然pt是本征活性最高的催化材料，但是其丰度低、成本高，且在碱性电解液中的活性比在酸性电解液中的活性低2～3数量级。因此，亟需开发高效的非贵金属基析氢反应和氢氧化反应催化材料，构建高导电性、兼具高比表面积与高本征催化活性的电极系统，是当前的研究热点。
2、固溶体合金原子分布随机，难以建立催化材料结构-性能关系，不能准确揭示催化反应机制，且纳米结构的固溶体合金材料热力学不稳定，在电化学过程中会发生结构粗化、失活等现象，不能满足电极系统对耐久性的需求。而具有明确原子结构的金属间化合物可通过不同元素间电负性差异而产生的电子转移或配位/应变效应调控对反应中间体的吸附能，且由于其有序的晶体结构而具有本征的热力学稳定性，这一特征有望解决电极材料的寿命问题。基于上述考虑，我们提出双金属间化合物用于催化析氢反应和氢氧化反应的研究思路，发展低成本、高活性、长寿命的催化材料。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种纳米多孔co3w-w
2、根据本公开的第一方面，提供了一种纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、a、清洗金属：依次用丙酮、稀盐酸浸泡并清洗高纯ni、co、w金属片，然后用稀naoh溶液腐蚀掉al金属片表面的氧化物，再用超纯水清洗所述金属片数次，之后将所述清洗后的金属片放置在真空干燥箱中干燥备用；
4、b、熔炼合金锭：按照原子比10:6:4:80分别称量各金属ni、co、w、al，所述各金属的总质量为8～12g；将所称量的所述各金属置于电弧炉中，在氩气气氛下熔炼合金，引弧熔炼6～10次，获得合金成分均匀的金属锭；待所述合金金属锭冷却至室温，取出所述合金金属锭，所述合金金属锭呈银白色；
5、c、制备薄条带：用砂纸打磨所述合金金属锭表面的氧化层，并用乙醇清洗所述合金金属锭；将所述合金金属锭置于高真空旋淬设备的样品管中，在氩气气氛下，使所述合金金属锭熔化，再将其喷铸到转速为2000r的铜辊上，获得厚度约80μm的薄合金条带；
6、d、化学脱合金：将所述薄合金条带置于70℃且n2饱和的6m koh溶液中进行腐蚀，一定时间后，当所述薄合金条带表面不再产生气泡时，用超纯水清洗所述薄合金条带多次，获得纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极。
7、优选地，步骤b中所述合金金属锭的成分为ni10co6w4al80(at％)。
8、优选地，步骤c中所述铜辊的转速为2000r。
9、优选地，步骤d中将所述薄合金条带置于70℃且n2饱和的6m koh溶液中，所述腐蚀时间为3小时。
10、根据本公开的第二方面，提供了一种纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极。
11、根据本公开的第三方面，提供了一种纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极的应用，其特征在于，将所述复合电极作为析氢反应电极和氢氧化反应电极。
12、本公开技术方案的原理是：
13、以合金法与共晶模板脱合金法制备，工艺简单、可规模化操作，先通过电弧炉将高纯金属ni、fe、co、w熔炼成前驱体合金锭ni10co6w4al80，再以高真空旋淬系统将其制备成薄条带，最后通过化学脱合金法用碱液腐蚀掉al，形成纳米多孔co3w-wni4/ni双金属间化合物/金属复合电极。co3w-wni4/ni双金属间化合物无缝集成在柱状的纳米多孔ni骨架上，双模式孔的结构增加电极材料的比表面积，提高活性位点数量，并促进传质和电子输运。由于双金属间化合物具有多个电催化活性位点中心，反应中间体在不同位点间转移，界面w位点有助于水的解离/形成，h和oh中间体分别吸附在邻近的co和ni位点上，共同作用提高析氢反应和氢氧化反应动力学。实验结果证实该电极具有优异的析氢反应和氢氧化反应性能。
14、本公开技术方案的有益效果是：
15、本公开所述w桥连的co3w-wni4/ni双金属间化合物无缝集成在柱状的纳米多孔ni骨架上，大孔道尺寸约为100nm，小孔尺寸约为5nm。其中，大孔道促进电解液和气体分子的质量传输，小孔结构提高电极材料的比表面积，暴露多的活性位点于电解液中，三维互连的ni网络有利于催化反应过程中的电子转移。co3w-wni4界面处的w位点有助于析氢反应过程中水的解离，解离的h和oh中间体分别吸附在邻近的co和ni位点上，h中间体耦合生成h2。另外，w位点同时促进氢氧化反应过程中水的形成，提高氢氧化反应动力学。因此，纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极具有优异的析氢反应和氢氧化反应性能，为水电解池和氢燃料电池的大规模商业化应用提供了材料基础。
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1.一种纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极的制备方法，其特征在于：步骤b中所述合金金属锭的成分为Ni10Co6W4Al80(at％)。
3.根据权利要求1所述的纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极的制备方法，其特征在于：步骤c中所述铜辊的转速为2000r。
4.根据权利要求1所述的纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极的制备方法，其特征在于：步骤d中将所述薄合金条带置于70℃且N2饱和的6M KOH溶液中，所述腐蚀时间为3小时。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的制备方法得到的纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极。
6.根据权利要求5所述的纳米多孔Co3W-WNi4/Ni复合电极的应用，其特征在于，将所述复合电极作为析氢反应电极和氢氧化反应电极。
【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极的制备方法，其特征在于：步骤b中所述合金金属锭的成分为ni10co6w4al80(at％)。
3.根据权利要求1所述的纳米多孔co3w-wni4/ni复合电极的制备方法，其特征在于：步骤c中所述铜辊的转速为2000r。
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：时航，韩丽平，郎兴友，韩高峰，王同辉，文子，蒋青，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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