【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源，具体涉及一种复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着全球对节能减排和可持续发展议题的日益重视，氢能凭借其高能量转换效率及零排放的终端产物，被视为未来有望替代化石燃料、推动实现更绿色能源转型的关键途径之一。作为一种理想的清洁能源，氢能的开发利用对于促进环境友好型社会建设具有重要意义。水电解，特别是利用可再生能源产生的电力进行电解，是生产高纯度氢能的一种极具潜力的方法，它不仅能够减少对传统能源的依赖，还能有效整合可再生能源的间歇性。
2、然而，尽管贵金属催化剂在氢能制备领域长期占据主导地位，因其高效的催化活性而备受推崇，但其高昂的成本和相对较低的产物收率限制了其大规模商业化应用，成为氢能经济普及的一大障碍。鉴于此，科研人员正积极探索和开发包括磷化物、硼化物、金属氧化物以及金属氢氧化物在内的多种非贵金属或低成本替代催化剂，以期在保持或提升催化效率的同时，显著降低生产成本。
3、在这些替代催化剂体系中，多组分催化剂，特别是那些通过精细调控不同元素配比而制得的复合催化剂，展现出了超越单一过渡金属或传统二元合金催化剂的卓越催化性能。这一性能的提升主要归因于组分间的协同增效作用，该作用不仅显著增强了催化活性位点，还有效优化了材料的导电性能，从而极大地加速了电化学反应的进程。尤为值得一提的是，高熵合金(high-entropy alloy，简称hea)作为一种新型的多主元合金材料，凭借其独特的高熵效应、缓慢扩散效应、晶格畸变效应以及“鸡尾酒”效应，在电化学领域展现出了非凡的性能潜力，为高性能
4、然而，尽管高熵合金催化剂在理论上具有诸多优势，但在实际应用中仍面临诸多挑战，如耐腐蚀性不足、性能随使用时间快速衰减等问题。因此，开发一种兼具优异电化学活性、卓越耐腐蚀性的新型复合材料，对于推动电化学催化领域的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种复合材料，该复合材料不仅具有较高的催化活性，同时，还具有较强的耐腐蚀性。
2、本专利技术还提出上述复合材料的制备方法。
3、本专利技术还提出上述复合材料的应用。
4、根据本专利技术的第一方面实施例的复合材料，包括cop基底，所述cop基底上形成有高熵氧化物，所述高熵氧化物由金属元素和非金属元素组成，其中，所述金属元素包括fe、co、ni、cu和ce，所述非金属元素包括o。
5、根据本专利技术实施例的复合材料，至少具有如下有益效果：本专利技术创新的提出了一种复合材料设计，该材料以磷化钴(cop)作为基底。在此基础上，通过精心调控，使多种金属元素与氧在cop基底表面发生化学反应，形成一层独特的高熵氧化物覆盖层。这一高熵氧化物层的形成不仅显著增大了材料的比表面积，而且其内部元素间的复杂相互作用带来了独特的电子结构和化学性质，从而优化了反应中间体在催化剂表面的吸附与解吸过程。多元素的协同效应极大提升了催化剂的活性，使得析氢反应能够在更低的过电位条件下高效进行。如在该高熵氧化物体系中引入的铜(cu)和铈(ce)元素，cu和ce的引入有效地增强了电极的耐蚀性，降低了反应过程中的吸附能，显著提高了磷化物材料的电化学析氢反应活性，加速了反应动力学，进一步提升了析氢效率。
6、此外，构成高熵氧化物的原子尺寸差异导致金属原子在晶格中的随机分布，形成了晶格畸变效应。这种效应不仅增强了材料的结构稳定性，还使得催化剂在长时间的电解水制氢过程中能够保持优异的性能稳定性，不易发生性能衰退。同时，高熵氧化物中的特定元素(如ce)展现出卓越的耐腐蚀性，有效抵御了电解水环境中的腐蚀影响，从而显著延长了催化剂的使用寿命。
7、综上所述，本专利技术所开发的以cop为基底、融合了高熵氧化物及cu、ce等元素优化的复合材料，在电解水制氢等清洁能源转换领域展现出了显著的优势。该材料不仅具有卓越的电催化活性，能够在较低的过电位下实现高效的氢气析出，还兼备良好的耐腐蚀性和结构稳定性。这些特性使得该复合材料成为氢能经济发展中的一项极具潜力的技术解决方案，有望为清洁能源的广泛应用提供强有力的支撑。
8、根据本专利技术的一些实施方式，所述cop基底上高熵金属氧化物的负载量在0.71mg/cm2以上。
9、根据本专利技术的一些实施方式，所述cop基底上高熵金属氧化物的负载量在2.77mg/cm2以上。
10、根据本专利技术的一些实施方式，所述cop基底上高熵金属氧化物的负载量在4.6mg/cm2以上。
11、根据本专利技术的一些实施方式，所述高熵氧化物中金属元素与o的摩尔比为1～2：1。优选为1.5～1.65：1。根据本专利技术的一些实施方式，所述高熵氧化物中fe、co、ni、cu和ce的摩尔比为1：1.5～3.5：1.2～3：2～4.5：1～2。通过调整高熵氧化物的组成和元素比例，可以进一步优化催化剂的性能。
12、根据本专利技术的一些实施方式，所述cop基底中，cop粒子以纳米针阵列的形式分布。纳米针阵列结构的cop作为基底材料时，其特殊的几何形态和物理性质对后续的电沉积过程产生了显著的影响。首先，纳米针阵列提供的丰富表面缺陷和活性位点，有利于电沉积过程中金属离子的吸附与还原，促进了金属氧化物在cop表面的均匀沉积。其次，纳米针阵列的定向排列和高度有序性，有助于引导电沉积产物的生长方向，使得形成的金属氧化物层具有特定的结构和组成。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述复合材料还包括多孔导电载体材料，所述cop基底负载于所述多孔导电载体材料上。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔导电载体材料包括泡沫镍或碳布。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔导电载体材料为泡沫镍。泡沫镍的比表面积大，可以负载的有效成分更多且导电性好，利用泡沫镍作为载体时，制得的复合材料的析氢催化性能更佳。
16、根据本专利技术的第二方面实施例的制备方法，包括如下步骤：
17、取含ni2+、fe3+、cu2+、co2+、ce3+、h2po2-的溶液作为电解液，通过电沉积在所述cop基底上形成高熵氧化物，即得。
18、根据本专利技术实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：本专利技术方案的制备方法，巧妙地采用了一种简单而高效的电沉积技术，从而实现了上述高性能复合材料的合成。这一制备策略的核心优势在于，它完全摒弃了传统合成方法中常用的危险化学试剂，如硼氢化钠、水合肼等，这些试剂往往具有高度的毒性和易燃易爆性，给实验操作带来了极大的安全隐患。相比之下，本专利技术的制备方法不仅避免了这些风险，还显著简化了合成步骤，使得整个过程更加温和、安全且易于控制。
19、在电沉积过程中，cop基底能够均匀且高效地吸附并固定多种金属离子。随后，在适当的氧化条件下，这些金属离子与氧发生反应，在cop表面原位生成一层结构致密、组成均匀的高熵氧化物覆盖层。在此过程中，次亚磷酸盐作为电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料，其特征在于：包括CoP基底，所述CoP基底上形成有高熵氧化物，所述高熵氧化物由金属元素和非金属元素组成，其中，所述金属元素包括Fe、Co、Ni、Cu和Ce，所述非金属元素包括O。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料中的物料关系满足如下条件中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述CoP基底中，CoP粒子以纳米针阵列的形式分布。
4.根据权利要求1至3任一项所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括多孔导电载体材料，所述CoP基底负载于所述多孔导电载体材料上；优选地，所述多孔导电载体材料包括泡沫镍或碳布。
5.根据权利要求1至4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述电沉积的条件包括如下条件中至少一项：1)所述溶液中Ni2+、Fe3+、Cu2+、Co2+、Ce3+、H2PO2-的摩尔比为1：0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～0.3；2)电沉积时间为
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述CoP基底通过水热或气相沉积法制备得到；优选地，所述CoP基底的制备过程包括如下步骤：取多孔导电载体材料及含Co2+、F-和还原剂的溶液通过水热法使多孔导电载体材料表面生长Co(OH)2；对Co(OH)2进行磷化，得到负载于多孔导电载体材料上的CoP；更优选地，所述CoP基底的制备过程包括如下条件中的至少一项：
8.根据权利要求5至7任一项所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括对所述复合材料进行退火处理的步骤；优选地，所述退火处理温度为180～220℃，和/或，时间为45～75min。
9.一种催化剂，其特征在于：包括如权利要求1至4任一项复合材料。
10.一种如权利要求1至4任一项所述的复合材料或如权利要求9所述的催化剂在电解水中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于：包括cop基底，所述cop基底上形成有高熵氧化物，所述高熵氧化物由金属元素和非金属元素组成，其中，所述金属元素包括fe、co、ni、cu和ce，所述非金属元素包括o。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料中的物料关系满足如下条件中的至少一种：
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述cop基底中，cop粒子以纳米针阵列的形式分布。
4.根据权利要求1至3任一项所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料还包括多孔导电载体材料，所述cop基底负载于所述多孔导电载体材料上；优选地，所述多孔导电载体材料包括泡沫镍或碳布。
5.根据权利要求1至4任一项所述的复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述电沉积的条件包括如下条件中至少一项：1)所述溶液中ni2+、fe3+、cu2+、co2+、ce3+、h2po2-的摩尔比为1：0.5～1.5：0.5～1.5：...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯其，缪晓枫，赵景，王先锋，李旭光，朱鹏辉，孙璐，蔡众，李林，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：
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