[发明专利]高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料及其制备

说明书

本发明属于全解水电催化剂材料制备领域，提供了一种高活性微纳米多孔高熵合金全解水催化材料及其制备方法。该合金为Ni_aFe_bCo_cCr_dAl_e，所述合金按原子比由以下成分组成：Ni:25％～45％，Fe:12.5％～35％，Co:12.5％～35％，Cr:12.5％～35％，Al:12.5％～17.5％。采用合金成分调控与相腐蚀工程结合的方法，调控电催化剂表面孔的大小，露出更多的比表面积和催化活性位点，从而制备出高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料。该催化材料表面比表面积大，导电性好，可以在较宽的范围内调控催化剂的电子结构；耐蚀性和稳定性好，进而提升全解水的效率；工艺流程简单、成熟，易于实现工业化应用，实现大电流密度下的全解水工业应用以及其他涉及析氧析氢的电催化工业。

技术领域

本发明属于电解水催化材料制备领域，特别提供一种高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料及其制备方法。

背景技术

在过去的几十年中，全球人口的数量持续增长和工业水平不断提高，不受控制的化石燃料消耗导致了全球变暖问题和环境污染问题愈演愈烈，这就迫切需要找到可行的方法，促进可再生能源资源、技术和产业的发展，以实现零排放能源的可行性。

作为一种高能量密度、零排放的二次能源，氢能被誉为最理想的可再生能源之一。其中，电解水制氢技术被认为是产生绿色氢燃料的最有前途的方法之一。电催化水分解是两个半反应的组合，阳极半反应通常被称为氧逸出反应(OER)，阴极半反应通常被称为氢逸出反应(HER)。通过降低OER和HER反应所需的活化能以实现成本的实用性，电催化剂起着最关键的作用。迄今为止，贵金属基催化剂如用于HER的铂(Pt)以及用于OER的氧化依(IrO₂)和氧化钌(RuO₂)被认为是最有效的电催化剂，但低储量高成本导致了贵金属基电催化剂较低的经济吸引力。因此，开发经济适用、高效稳定的非贵金属基双功能电催化剂，并惠及相关能源技术，更好的满足经济和社会可持续发展的需要。

目前报道的电催化剂结构主要分为自撑型电极、负载型电极。与自撑型电极相比，负载型电极具有以下特点：第一，为保证集流体上负载催化剂结构的良好导电性和质量传输性能，催化剂的负载量是有限制的；第二，由于粉末状催化剂需要粘结剂涂覆在集流体上，大电流催化产生气体的过程会导致催化剂从集流体上脱离，影响催化剂的催化效率和稳定性。所以，自撑型结构的双功能电催化剂的开发，将极大的促进可持续绿色能源行业的发展。当下较热的自撑型MOF结构存在稳定性不高、导电性差、微孔结构不利于传质、催化活性位点偏低等问题，工业应用前景较差。因此，开发新型的导电性良好、结构稳定、催化活性高、有良好工业应用前景的自撑型双功能电催化剂，已经到了机遇与挑战并存的关键时期。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料及其制备方法，通过不同工艺条件，可在较宽的范围内调节电催化材料表面孔的尺寸和电催化剂催化活性位点的电子结构。所得电催化材料耐蚀性和稳定性好，进而提升全解水的效率；且制备工艺流程简单、成熟，易于实现工业化应用，实现大电流密度下的全解水工业应用以及其他涉及析氧析氢的电催化工业。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料，其特征在于：所述高熵合金为Ni_aFe_bCo_cCr_dAl_e，所述合金按原子比由以下成分组成：Ni:25％～45％，Fe:12.5％～35％，Co:12.5％～35％，Cr:12.5％～35％，Al:12.5％～17.5％。

本发明还提供了所述高活性微纳米多孔高熵合金全解水电催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：