[发明专利]高熵合金纤维电催化剂的制备方法及其应用

说明书

高熵合金纤维电催化剂的制备方法及其应用，本发明要解决目前电催化析氧/析氢电极的催化性能较低的问题。制备方法：一、按照原子百分含量Fe_aCo_bNi_cMo_dCu_eAl_f的化学式混合各单质金属原料；二、采用高真空电弧熔炼炉，将混合金属原料熔炼成金属铸锭，然后将金属铸锭熔化吸铸成棒状母合金；三、对熔体抽拉设备抽真空，加热熔化棒状母合金进行抽拉处理；四、将合金纤维置于盐酸中，在三电极体系中，使用i‑t恒定电流法对合金纤维进行电化学脱合金处理。本发明高熵合金纤维在经过脱合金处理后，表面出现了多孔结构，达到了较好的催化效果，同时也有着良好的电化学析氧催化效果。

技术领域

本发明涉及一种高熵合金纤维电催化电极的制备方法及其应用。

背景技术

高熵合金的定义目前还没有一个明确的答案，高熵合金根据性能的体系化研究目前还没有进行，目前大家应用比较广泛的高熵合金的定义有两种：第一种定义为：在元素组成及配比方面来看，高熵合金的定义为五种及五种以上、十三种以下主要元素组成的合金，各个主要元素的摩尔浓度大于5％、小于35％，每种元素混合比例接近等摩尔比。第二种定义是根据合金的熵值进行判断：理想状态下的总构型摩尔熵若小于0.69R则为低熵，若大于0.69R小于1.61R则为低熵，大于1.61R则为高熵(R为理想气体常数)。

高熵合金具有超级固溶体的微观结构，具有高混合熵效应、迟缓扩散效应、晶格畸变效应、多元素调和效应，多元素调和效应又称鸡尾酒效应，即高熵合金中各元素的优势能统一体现在高熵合金中，使高熵合金具备了较好的催化剂发展潜力。

对于催化剂来说，其有效的活性位点越多，暴露的表面积越大，其催化性能越好，不同的成分运用不同的脱合金工艺进行处理，会使其得到最好的多孔形貌，从而提高其催化性能。

发明内容

本发明要解决目前电催化析氧/析氢电极的催化性能较低的问题，而提供一种高熵合金纤维电催化剂的制备方法及其应用。

本发明高熵合金纤维电催化剂的制备方法按照以下步骤实现：

一、按照原子百分含量Fe_aCo_bNi_cMo_dCu_eAl_f的化学式称取各单质金属原料，混合均匀得到混合金属原料；

二、采用高真空电弧熔炼炉，将混合金属原料熔炼成金属铸锭，然后将金属铸锭熔化吸铸成棒状母合金；

三、利用机械泵和分子泵对熔体抽拉设备进行抽真空，通入保护气，启动铜轮旋转，开启感应线圈电源对棒状母合金加热熔化，启动送给装置，进行抽拉处理，得到合金纤维；

四、将合金纤维置于盐酸中，在三电极体系中，使用i-t恒定电流法对合金纤维进行电化学脱合金处理，经清洗和烘干后得到高熵合金纤维电催化剂；

其中步骤一中化学式中18≤a≤22，18≤b≤22，18≤c≤22，0≤d≤20，5≤e≤20，5≤f≤20，且a+b+c+d+e+f＝100。

本发明高熵合金纤维电催化剂的应用是将高熵合金纤维电催化剂作为电极应用于电化学析氢或者析氧。

本发明高熵合金纤维优化合金配比，其中利用Fe元素在电化学析氢析氧催化过程中形成Fe³⁺-O键利于催化反应，而Ni⁴⁺是析氧反应的活动中心，同时羟基氧化镍具有很好的催化功能，Mo对于H的吸附能力强，多个异质界面促进碱性介质中对于氢离子的吸附，加速电子转移并进一步加强水分子解离；Cu可以增强合金纤维的导电性；Al则作为成分中最活泼的元素，容易被脱合金脱除，从而产生多孔结构。