[发明专利]一种用非晶态合金制备Ti-Cu-Ni多孔材料的方法及其应用

说明书

本发明公开一种用非晶态合金制备Ti‑Cu‑Ni多孔材料的方法及其应用，按照以下原子百分比含量配料：Al的含量为70％‑85％，Ti的含量为0.01％‑2％，Cu的含量为2％‑18％，Ni的含量为3％‑20％；采用液态合金急冷甩带的方法制备Al‑Ti‑Cu‑Ni非晶合金，将得到的Al‑Ti‑Cu‑Ni非晶合金裁剪成适合的尺寸，经清洗，干燥后，将该条带与摩尔浓度为0.8M‑1.2M的氢氧化钾溶液一同置于电解槽中进行电化学反应，反应结束后制得的样品冲洗、干燥后即为Ti‑Cu‑Ni多孔材料，其比表面积大且具有电催化活性的复合纳米多孔结构，其实施费用低、操作简便，耗时短，是一种高效经济的合成方法。

技术领域

本发明涉及一种新型纳米材料及其制备方法，更加具体地说，涉及一种用非晶态合金制备Ti-Cu-Ni多孔材料的方法及其应用，主要用于电解水系统中的产氢催化剂材料。

背景技术

近年来，氢能源因其高的换能效率及清洁无污染在新能源领域受到了越来越多的关注。然而，阳极催化剂的活性及成本问题一直制约着直接氢能源的大规模应用。Pt及Pt基合金作为性能最优秀的电解水产氢催化剂，其价格及储量限制了Pt及Pt基催化剂的商业化应用。研究表明，当Ti-Cu合金以适当的原子比进行配比时，其可作为析氢反应的活性位点，有较强的催化活性。此外，Ti-Cu合金为非贵金属元素有更大的应用价值。Ti-Cu合金催化剂虽然具有良好的本征电催化活性，但其催化活性位点较少，使得Ti-Cu合金催化剂整体催化活性不够高。研究表明，Ni在电解水产氢催化剂材料中也表现出较好的催化性能。通过对在Ti-Cu合金中引入过渡金属Ni，其催化产氢活性位点增加并产生协同作用。同时，通过脱合金方法制备多孔Ti-Cu-Ni催化剂，使材料的比表面积大幅增加且活性位点暴露更充分，进而提升材料的整体催化活性。因此，选择恰当的方法制备多孔Ti-Cu-Ni催化剂能够最大限度的降低电解水产氢催化剂的成本，增加催化剂的可应用性。此外，与其他材料制备方法(如镀膜法)相比，脱合金法所制备的材料结构更加稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用非晶态合金制备Ti-Cu-Ni多孔材料的方法及其应用，即提供一种成本低、制备过程简单的用非晶态合金制备Ti-Cu-Ni多孔材料的方法，本发明实施费用低、操作简便，耗时短，是一种高效经济的合成方法，本发明制备得到的复合材料主要用于电解水产氢领域的阴极催化剂。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种用非晶态合金制备Ti-Cu-Ni多孔材料的方法，按照下述步骤进行：

步骤1，制备Al-Ti-Cu-Ni非晶合金条带

将纯Al、Ti、Cu和Ni按比例配好后在氩气电弧炉中溶炼成合金锭，然后使用甩带机将合金锭融化喷出快速冷却成合金条带，按照原子百分比来计，Al的含量为70％-85％，Ti的含量为0.01％-2％，Cu的含量为2％-18％，Ni的含量为3％-20％，且四种组分之和为100％；

在步骤1中，将Al-Ti-Cu-Ni非晶合金裁剪成厚度为10μm-30μm，宽度为2mm，长度为2cm的条带，在无水乙醇中超声5—10min后，去离子水中清洗并于空气中干燥备用。

在步骤1中，Al的含量为75％-80％，Ti的含量为0.5％-2％，Cu的含量为8％-15％，Ni的含量为10％-15％。

在步骤1中，原料为纯Al、Ti、Cu和Ni，将原料按一定配比混合好之后，放入氩气电弧熔炼炉中，开始熔炼4-5次使合金成分混合的更加均匀。之后取出合金锭夹碎，取碎块用无水乙醇超声干净后置于干净的石英管中，安放在甩带机中，抽取高真空之后将融化的液态合金喷射于高速旋转的铜滚上，使液体迅速冷却瞬间形成晶体条带。

在步骤1中，甩带机需要抽到1×10^-3Pa～1×10^-2Pa，铜滚的转速需要控制在3000～4000转/分钟，石英管与炉体内部压差需要控制在0.1Pa～0.5Pa。