一种高熵合金复合材料及其焦耳热制备方法和应用

本发明涉及多功能电催化材料的合成，尤其涉及一种高熵合金复合材料及其焦耳热制备方法和应用。

背景技术：

1、随着可再生电力的普及，电催化转换已成为能量转换和绿色化学合成的最有前途的方法之一。其中能量转换和储存的关键部分都涉及到电催化反应过程，但是实际应用中往往需要集合多种功能于一体，因此设计合成包含多功能的催化剂具有一定的现实意义。近年来，高熵纳米颗粒因其多元素组成(已经被理论计算中预测出具有多功能性)和均匀混合的固溶体状态以及较大的比表面积而受到广泛关注。

2、高熵合金纳米颗粒除了高的构型熵，还具有晶格畸变、迟滞扩散和鸡尾酒效应，这些效应共同作用使得高熵合金纳米颗粒具有良好的多功能催化潜力。目前合成高熵合金纳米颗粒的方法主要有电沉积法和电弧法。公开号为cn115142073a的中国专利公开了利用电化学沉积法制备feconicumn纳米高熵合金电催化剂，公开号为cn114210964a的中国专利公开了利用电弧法制备极度混溶的21元高熵合金纳米颗粒。然而上述合成方法普遍存在工艺复杂、条件苛刻和产品综合性能不够理想的缺陷。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高熵合金复合材料及其焦耳热制备方法和应用。本发明提供的制备方法操作简单，条件易于操作和实现，且制备得到的高熵合金复合材料综合性能(电催化氧还原、氧析出和氢析出)好。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种利用焦耳热制备高熵合金复合材料的方法，包括以下步骤：

4、采用强酸对碳载体进行氧化处理，得到氧化碳载体；

5、将所述氧化碳载体、可溶性金属盐和溶剂混合，进行冷冻干燥，得到金属盐-氧化碳载体粉末材料；

6、将所述金属盐-氧化碳载体粉末材料置于卷起来的碳纸中，将碳纸夹到电极两端，通入电流，产生的焦耳热使碳纸的温度在300毫秒内升温至800℃以上，利用该焦耳热在碳载体上制备得到高熵合金纳米颗粒，得到所述高熵合金复合材料；

7、所述高熵合金复合材料包括碳载体，和分布在所述碳载体上的高熵合金纳米颗粒；

8、所述可溶性金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、铂盐、铬盐和锰盐中的至少五种。

9、优选地，所述强酸包括浓硝酸和浓硫酸，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1：2～4。

10、优选地，所述碳载体包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯或炭黑。

11、优选地，所述氧化处理的温度为室温，时间为2～4h。

12、优选地，所述氧化处理后，还包括：将得到的氧化处理料液进行稀释，然后进行抽滤，得到的滤渣进行洗涤。

13、优选地，所述铁盐包括氯化铁，所述钴盐包括氯化钴，所述镍盐包括氯化镍，所述铜盐包括氯化铜，所述铂盐包括氯化铂，所述铬盐包括氯化铬，所述锰盐包括氯化锰；

14、所述可溶性金属盐中每种金属盐的物质的量相同；

15、以金属元素计，所述可溶性金属盐的总质量为所述碳载体质量的15～25％；

16、所述溶剂包括乙醇或水。

17、优选地，将所述氧化碳载体、可溶性金属盐和溶剂混合包括：将氧化碳载体分散于溶剂中，得到氧化碳载体分散液；将所述氧化碳载体分散液和可溶性金属盐超声混合；所述超声混合的时间为0.5～2h。

18、优选地，将所述金属盐-氧化碳载体粉末材料置于卷起来的碳纸中，将碳纸夹到电极两端，通入电流，产生的焦耳热使碳纸的温度在300毫秒内升温至800℃以上，利用该焦耳热在碳载体上制备得到高熵合金纳米颗粒在真空氛围或保护气氛下进行。

19、本发明还提供了上述技术方案所述的焦耳热制备方法制备得到的高熵合金复合材料，所述高熵合金复合材料包括碳载体，和分布在所述碳载体上的高熵合金纳米颗粒。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的高熵合金复合材料在锌空气电池和电解水装置中的应用。

21、本发明提供了一种利用焦耳热制备高熵合金复合材料的方法，包括以下步骤：采用强酸对碳载体进行氧化处理，得到氧化碳载体；将所述氧化碳载体、可溶性金属盐和溶剂混合，进行冷冻干燥，得到金属盐-氧化碳载体粉末材料；将所述金属盐-氧化碳载体粉末材料置于卷起来的碳纸中，将碳纸夹到电极两端，通入电流，产生的焦耳热使碳纸的温度在300毫秒内升温至800℃以上，利用该焦耳热在碳载体上制备得到高熵合金纳米颗粒，得到所述高熵合金复合材料；所述高熵合金复合材料包括碳载体，和分布在所述碳载体上的高熵合金纳米颗粒；所述可溶性金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、铂盐、铬盐和锰盐中的至少五种。

22、本发明利用通电产生的瞬间焦耳热高温，使金属盐形成高熵合金纳米颗粒，并均匀分散在碳载体上，进而使得高熵合金复合材料具有优异的电催化氧还原性、氧析出性和氢析出性，能够进一步应用到锌空气电池和电解水装置中。

技术特征：

1.一种高熵合金复合材料的焦耳热制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，所述强酸包括浓硝酸和浓硫酸，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1：2～4。

3.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，所述碳载体包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯或炭黑。

4.根据权利要求1～3任一项所述的焦耳热制备方法，其特征在于，所述氧化处理的温度为室温，时间为2～4h。

5.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，所述氧化处理后，还包括：将得到的氧化处理料液进行稀释，然后进行抽滤，得到的滤渣进行洗涤。

6.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，所述铁盐包括氯化铁，所述钴盐包括氯化钴，所述镍盐包括氯化镍，所述铜盐包括氯化铜，所述铂盐包括氯化铂，所述铬盐包括氯化铬，所述锰盐包括氯化锰；

7.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，将所述氧化碳载体、可溶性金属盐和溶剂混合包括：将氧化碳载体分散于溶剂中，得到氧化碳载体分散液；将所述氧化碳载体分散液和可溶性金属盐超声混合；所述超声混合的时间为0.5～2h。

8.根据权利要求1所述的焦耳热制备方法，其特征在于，将所述金属盐-氧化碳载体粉末材料置于卷起来的碳纸中，将碳纸夹到电极两端，通入电流，产生的焦耳热使碳纸的温度在300毫秒内升温至800℃以上，利用该焦耳热在碳载体上制备得到高熵合金纳米颗粒在真空氛围或保护气氛下进行。

9.权利要求1～8任一项所述的焦耳热制备方法制备得到的高熵合金复合材料，其特征在于，所述高熵合金复合材料包括碳载体，和分布在所述碳载体上的高熵合金纳米颗粒。

10.权利要求9所述的高熵合金复合材料在锌空气电池和电解水装置中的应用。

技术总结本发明属于多功能电催化材料的合成技术领域，提供了一种高熵合金复合材料及其焦耳热制备方法和应用。本发明采用强酸对碳载体进行氧化处理，得到氧化碳载体；氧化碳载体、可溶性金属盐和溶剂混合，进行冷冻干燥，得到金属盐‑氧化碳载体粉末材料；将金属盐‑氧化碳载体粉末材料置于卷起来的碳纸中，将碳纸夹到电极两端，通入电流，产生的焦耳热使碳纸的温度在300毫秒内升温至800℃以上，得到高熵合金复合材料。本发明利用通电产生的瞬间焦耳热高温，使金属盐形成高熵合金纳米颗粒，并均匀分散在碳载体上，进而使得高熵合金复合材料具有优异的电催化氧还原性、氧析出性和氢析出性，能够进一步应用到锌空气电池和电解水装置中。技术研发人员：郭洪,邹肖肖,赵新雨,庞博怀受保护的技术使用者：云南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18