[发明专利]一种自支撑分层多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种自支撑分层多孔高熵合金@NiZn‑Ni异质结构催化剂的制备方法，通过“电沉积‑热处理‑腐蚀”技术制备了一种泡沫NiZn‑Ni原位构筑的纳米多孔高熵合金催化剂。该催化剂具有高的电化学活性面积和更多暴露的电化学活性位点，电解水催化活性大幅提高；另外其具有的界面结构促进了电子相互作用，提高了传质效率；同时,高熵合金本身独特的“鸡尾酒效应”和晶格畸变效应，使其具有高的耐腐蚀性和稳定性；该催化剂作为工作电极在碱性电解液中对电解水析氢与析氧反应均表现出优异的催化活性。同时该催化剂成本低廉，制备方法简便安全易行，环境友好，催化性能优越。

技术领域

本发明涉及电催化材料领域，具体涉及一种自支撑分层多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来，全球能源正在向无碳化、低碳化以及绿色无污染方向发展，氢能作为一种零碳排放能源，具有清洁、环境友好以及能量密度高等优势。碱性水溶液中电解水产氢作为一种成熟简单的水循环制氢技术，具有环境友好、操作简便、氢气纯度高等优点，可以利用太阳能、风能等可再生资源富余电力电解水转化为氢能，是有望用来进行大规模绿色制氢的技术。当前工业上电解水使用的镍合金催化剂过电位较大，长时间电解过程中活性易衰减，造成电解水驱动电压升高，导致产氢成本增加。相较于传统合金，多元高熵合金含有较多的元素种类，原子尺寸之间较大的差异性产生晶格畸变效应，可大大优化电子结构，并且引发迟滞扩散效应降低原子的有效扩散速率，相比传统合金显示出更加优越的催化性能和耐腐蚀性能。

高熵合金含有多种金属组元，前驱体盐之间的化学性质相差较大，其纳米材料通常需要苛刻复杂的 条件制备。目前，纳米高熵合金的合成方法有气溶胶喷雾热解法、球磨技术、溶剂热法、模板法等制得，通常需要高温、高压危险试剂或复杂的操作程序。限制了高熵合金催化剂的进一步发展。因此，发明简单、安全、绿色的方法制备镍基高熵合金催化剂对于促进电解水产氢的大规模应用具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种自支撑分层多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构催化剂的制备方法。其制备方法简单，催化剂成本低，在电解水产氢中表现出优异的性能。

一种自支撑分层多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构催化剂的制备方法，其特征在于：采用电沉积、热处理、腐蚀技术制备泡沫镍表面原位构筑的多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构，其组成为表层为多孔空心球状FeCoNiCuZn高熵合金，基底层为构筑在泡沫镍表面的两级多孔NiZn-Ni，具体包括以下步骤：

（1）将泡沫镍在盐酸中进行超声清洗处理；

（2）在NiSO₄、ZnSO₄、FeSO₄、CoSO₄、CuSO₄以及Na₂SO₄、H₃BO₃组成的混合溶液作为电镀液，采用H₂SO₄溶液调节电镀液的pH，在三电极体系中，利用恒电压电沉积技术在泡沫镍表面电沉积高锌含量的合金涂层；

（3）将上述步骤（2）中所得样品在氩气或氮气气氛保护下退火热处理；

（4）将上述步骤（3）中所得样品在氨水、NaOH或KOH溶液中腐蚀得到自支撑分层多孔高熵合金@NiZn-Ni异质结构催化剂。

作为优选的技术方案，所述步骤（1）中泡沫镍在1~8 mol/L盐酸溶液中超声5~20min，然后用去离子水和无水乙醇清洗后晾干。