[发明专利]一种高熵合金ORR和OER催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金ORR和OER催化材料及其制备方法，所述材料为Mn_aCo_bRu_cFe_dNi_e‑NC，其中a∶b∶c∶d：e＝1∶1∶1～2∶1∶1，其制备方法包括以下步骤：(1)将乙酸锌、钴盐、铁盐、镍盐、钌盐和锰盐溶于水中形成均一的溶液；(2)将2‑甲基咪唑溶于水中，加入步骤(1)的溶液中，搅拌反应，离心、洗涤、干燥后得到多金属有机框架材料ZIF‑(MnCoRuFeNi)；(3)将ZIF‑(MnCoRuFeNi)在惰性气氛下煅烧，得到MnCoRuFeNi‑NC高熵合金催化材料；该催化材料通过引入了高熵合金，以及氮的掺杂，同时具有优异的氧析出和氧还原功能。

技术领域

本发明涉及一种催化材料及其制备方法，特别涉及一种高熵合金ORR和OER催化材料及其制备方法。

背景技术

化石燃料资源的过度使用所引发的环境问题日益突出，为了缓解这些问题，开发可持续、高效的能源转换设备已成为迫切需要。金属-空气电池是一组由金属氧化和氧还原产生电能的电化学电池，属于一种半燃料电池。其能量密度高于商用铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池。

其中以金属锌为负极燃料，氧气为正极燃料的锌-空气电池由于成本低、环境友好、安全性能高等优势受到人们的广泛关注。锌-空气电池是利用空气中的氧气作为正极燃料，金属锌作为负极的半燃料电池。锌-空气电池由于正极直接采用空气中的氧气作为活性物质，因此其能量主要由阳极金属锌板所决定，类似于燃料电池的燃料电极，因此锌-空气电池往往也称为半燃料电池。目前，对于可充电式锌-空气电池而言，研究热点在于开发高效的双功能催化剂来解决氧气在氧还原(ORR)以及氧析出反应(OER)过程中缓慢的动力学，进而提高电池的充放电效率，减少能量损耗；除此之外，人们还致力于寻找贵金属替代材料来降低锌-空气电池催化剂的成本。

高熵合金(High-entropy alloys)简称HEA，是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于独特的催化活性可将其作为锌-空气电池正极材料。专利CN202210252099.9中将高熵预合金铸锭FeCoNiMX浇铸成高熵合金靶,接着利用超高真空纳米团簇沉积系统,通过磁控溅射在碳布上生成高熵合金纳米颗粒Fe₁₉Co₁₆Ni₂₅Mn₂₀Cr₂₀，该催化剂表现出超高效析氧性能，但不具有氧还原的作用。

发明内容

发明目的：本发的第一目的为提供一种同时具有较好的氧析出和氧还原性能的高熵合金ORR和OER催化材料；本发明的第二目的为提供该材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的高熵合金ORR和OER催化材料，所述材料为Mn_aCo_bRu_cFe_dNi_e-NC，其中a∶b∶c∶d：e＝1∶1∶1～2∶1∶1。

优选的，所述催化材料的基体为乙酸锌和2-甲基咪唑构成的ZIF-8金属有机框架。

本发明所述高熵合金ORR和OER催化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将乙酸锌、钴盐、铁盐、镍盐、钌盐和锰盐溶于水中形成均一的溶液；

(2)将2-甲基咪唑溶于水中，加入步骤(1)的溶液中，搅拌反应，离心、洗涤、烘干后得到多金属有机框架材料ZIF-(Mn_aCo_bRu_cFe_dNi_e)；

(3)将ZIF-(MnCoRuFeNi)在惰性气氛下煅烧，得到Mn_aCo_bRu_cFe_dNi_e-NC高熵合金催化材料。