一种体心立方结构的多组元合金电解水催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及电解水催化材料，更具体地涉及一种体心立方结构的多组元合金电解水催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在过去的几十年中，伴随着人类文明的工业水平不断提高与人口数的激增，无节制的消耗化石能源导致全球变暖问题和环境污染问题愈演愈烈，这就迫切需要发展可再生能源技术与产业，以实现零排放能源与摆脱对化石能源依赖的可行性。

2、作为一种高能量密度、零碳排放的清洁能源载体，氢能被认为是最有希望改变目前以化石燃料为主要能源结构的二次能源。其中，电解水制氢技术被认为是产生绿色氢燃料最有前途的方法之一。电解水制氢包括两个半反应：阳极析氧反应(oer)和阴极析氢反应(her)。其中，阳极反应因涉及四电子转移，具有缓慢的动力学过程，使得阳极的过电位较大，因此发展高效的阳极催化剂对电解水反应整体效率提升至关重要。迄今为止，用于oer的阳极催化剂普遍以贵金属基的氧化依(iro2)、氧化钉(ruo2)为最有效的电催化剂，但贵金属的稀缺性、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阳极电催化剂，并惠及相关能源技术，以更好的满足社会经济可持续发展的需要。

3、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，自撑型结构的阳极电催化剂的开发，将极大地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。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的自撑型mof结构的工业应用前景较差的问题，本发明提供一种体心立方结构的多组元合金电解水催化剂及其制备方法和应用。

2、根据本发明的体心立方结构的多组元合金电解水催化剂的制备方法，其包括如下步骤：s1，提供多组元合金并按照多组元合金中的原子比分别称取金属颗粒，该多组元合金包括原子比为20.0％33.33％的al，15.38％20.0％的fe，15.38％20.0％的co，15.38％20.0％的ni，15.38％20.0％的cr；s2，将称量好的各金属颗粒在高真空电弧熔炼炉中进行熔炼，得到具有bcc结构的多组元合金铸锭；s3，将多组元合金铸锭直接进行切割或者冷轧，得到多组元合金片；s4，将多组元合金片放入腐蚀液中进行浸泡，得到体心立方结构的多组元合金电解水催化剂。

3、优选地，该多组元合金还包括原子比为3.08％7.7％的cu，3.08％3.85％的mo，1.54％2.0％的mn。

4、优选地，在步骤s2中，熔炼的工艺参数为：熔炼前的真空度为1.5×10-3pa3.0×10-3pa，充入0.040.06mpa质量百分比99.999％的氩气作为保护气氛，熔炼电流为200500a，熔炼时间为46min，熔炼次数为45次。

5、优选地，在步骤s3中，切割使用划片切割机，运行速度在2030mm/min。

6、优选地，在步骤s4中，腐蚀液是24mol/l的hcl溶液，浸泡时间23h。

7、根据本发明的上述制备方法得到的多组元合金电解水催化剂，其表面呈微纳米多孔状，孔隙率为40-70％，孔径为0.03-1um。

8、优选地，在多组元合金电解水催化剂的晶体结构中，按体积百分比计算，bcc占比等于100％。

9、根据本发明的上述多组元合金电解水催化剂的应用，其在电解水中作为阳极材料应用。

10、优选地，在溶液ph＝14，电流密度10ma·cm-2的情况下，阳极超电势为200300mv。

11、根据本发明的体心立方结构的多组元合金电解水催化剂的制备方法，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，从而制备出高活性多孔多组元合金电解水阳极电催化材料。该多组元合金电解水催化剂的表面的比表面积大，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，进而提升析氧效率。而且，根据本发明的制备方法，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电解水工业应用以及其他涉及析氧的电催化工业。总之，根据本发明的自撑型阳极电催化剂，导电性良好、结构稳定、催化活性高、有良好工业应用前景。

技术特征：

1.一种体心立方结构的多组元合金电解水催化剂的制备方法，其特征在于，该多组元合金电解水催化剂包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该多组元合金还包括原子比为的cu，的mo，的mn。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，熔炼的工艺参数为：熔炼前的真空度为充入0.06mpa质量百分比99.999％的氩气作为保护气氛，熔炼电流为熔炼时间为熔炼次数为次。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，切割使用划片切割机，运行速度在

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，腐蚀液是的hcl溶液，浸泡时间

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法得到的多组元合金电解水催化剂，其特征在于，该多组元合金电解水催化剂的表面呈微纳米多孔状，孔隙率为40-70％，孔径为0.03-1um。

7.根据权利要求1所述的多组元合金电解水催化剂，其特征在于，在多组元合金电解水催化剂的晶体结构中，按体积百分比计算，bcc占比等于100％。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的多组元合金电解水催化剂的应用，其特征在于，该多组元合金电解水催化剂在电解水中作为阳极材料应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在溶液ph＝14，电流密度10ma·cm-2的情况下，阳极超电势为

技术总结本发明涉及一种体心立方结构的多组元合金电解水催化剂的制备方法，其包括提供多组元合金并按照多组元合金中的原子比分别称取金属颗粒；将称量好的各金属颗粒在高真空电弧熔炼炉中进行熔炼，得到具有BCC结构的多组元合金铸锭；将多组元合金铸锭直接进行切割或者冷轧，得到多组元合金片；将多组元合金片放入腐蚀液中进行浸泡，得到体心立方结构的多组元合金电解水催化剂。本发明还涉及由此得到的多组元合金电解水催化剂及其应用。根据本发明的制备方法，采用合金成分调控与相腐蚀工程结合的方法，制备出高活性多孔多组元合金电解水阳极电催化材料，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，进而提升析氧效率。技术研发人员：李海龙,张林娟,王建强,王寅晓受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29