一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法

本发明涉及电极，具体为一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法。

背景技术：

1、高熵材料是一类由多种元素以等摩尔比或近等摩尔比组成的新型多主元材料，打破了传统的材料设计理念。高熵材料以其独特的晶体结构特征，表现出许多不同于传统材料的组织和性能特点。目前国内外已经研发出多种高熵材料，在力学、物理和化学性能等方面具有独特的优势，在很多领域具有巨大的应用潜力，已经成为国际材料学术界的重要研究热点之一。

2、目前常见的高熵材料的制备方法包括：电弧熔炼、电阻感应熔炼、机械合金化、激光熔凝等。但这些制备方法对设备依赖程度高、制备环境复杂、生产效率低，因此制造成本较大，使得其通常只适用于实验室规模的制备，不适用于规模化生产，并且所制备材料通常是块体状的，不利于活性位点的暴露，导致材料整体利用率较低。因此，迫切需要开发出一种快速高效的纳米级高熵化合物材料的制备方法。

3、为了进一步提升高熵材料的整体利用率，将其锚定在碳基底中是常用方法之一。由于碳材料具有物理化学性质丰富、孔结构和形貌多样、储量大及成本低等优点，在能量储存和转化、柔性可穿戴电子、环境污染、催化和生物领域得到广泛应用。但由于碳在500℃以上就会被氧化，相应的碳复合材料制备通常需要在惰性气氛中进行，因此，实现在空气氛围中制备碳复合材料可以进一步降低材料制造成本。另一方面，作为常用的载体材料，碳材料在电化学过程中的稳定性依然是不理想的，主要原因在于其容易腐蚀和氧化，进而难以在电化学过程中稳定存在。通过将高熵材料与碳材料复合，有望获得高分散高负载以及高稳定性的纳米级高熵化合物/碳自支撑一体式电极，进而实现对碳材料的有效保护，以拓宽碳基材料的应用领域。

4、火焰法是一种自蔓延过程，其反应物既充当燃料提供反应能量，又充当物料提供产物，反应一次性完成，具有设备和工艺过程简单、节约能源、速度快以及产量高等特点。因此，火焰法特别适合工业化连续生产过程。并且，燃烧火焰是一种常见的等离子体，其在0.05～1ev范围内具有较大的电子密度和电子能量，可用于实现常规手段难以制备的材料的制备。燃烧法包括气相燃烧法、凝胶燃烧法以及液体燃料火焰法。其中，液体燃料燃烧法不但成本低廉，且便于储存和运输，整个制备过程是在大气中进行，实验条件和实验设备较为简单，同时反应的副产物是二氧化碳和水，不会对实验人员和周边环境造成危害。这些优点意味着该方法具有极为深远的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，将纳米级高熵化合物材料与碳材料复合，形成具有高分散性、高负载量和强耐腐蚀性的高熵/碳化合物复合材料，用以改善现有高熵化合物材料整体利用率低、碳材料稳定性差、制备条件苛刻等问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：以碳布为基底，利用等离子体技术在其表面构筑垂直石墨烯阵列，得表面构筑垂直石墨烯阵列的碳布；

5、s2：将表面构筑垂直石墨烯阵列的碳布浸渍至金属前驱体离子/乙醇/尿素混合溶液中，碳布充分浸润后，取出，在空气氛围下，进行燃烧法处理，收集燃烧后产物；

6、s3：将燃烧后产物反复冲洗后，自然晾干，即得到高熵化合物/碳自支撑一体式电极成品。

7、进一步地，步骤s1的具体操作方法为：将碳布裁切后放置在石英管正中，将石英管置于马弗炉中，开启真空泵，将真空腔体内的气体压强抽至3pa以下，随后打开ar、ch4以及h2气路，打开射频电源，沉积0～60min后，关闭射频电源、真空泵以及马弗炉，待碳布样品温度下降至60℃以下，打开放气阀取出碳布样品即得表面构筑垂直石墨烯阵列的碳布。

8、进一步地，马弗炉中的温度设置为0～700℃；ar、ch4以及h2的流量分别设置为0～40sccm、0～10sccm和0～15sccm；射频电源的输出功率为0～500w。

9、进一步地，步骤s2中金属前驱体离子/乙醇/尿素混合溶液的制备方法为：将尿素和金属前驱体离子按一定比例加入乙醇中，混合搅拌至溶液澄清；尿素浓度为5～20mg/ml，金属前驱体离子总浓度为2～20mg/ml。

10、进一步地，所述金属前驱体离子为5种及5种以上乙酰丙酮金属盐的混合液。

11、进一步地，所述乙酰丙酮金属盐为乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮氧钒、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铜。

12、进一步地，步骤s2中充分浸润后的碳布，用酒精灯引燃，燃烧至自然熄灭，浸润-燃烧的过程的重复1～10次。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、(1)本发明提供的制备方法相较于传统的高熵材料制备方法，无需特殊设备、无需助燃气体、无需后续的焙烧与活化，生产周期短、适宜材料的规模化、大面积生产，且制备的高熵化合物/碳自支撑一体式电极具有低的结晶性，在能源转化与存储领域具有广阔的应用前景，取得显著进步，并具备工业化应用价值。

15、(2)本发明中利用共生长过程将纳米结构的高熵化合物均匀嵌入碳材料中，可缩短材料的制备流程，提高复合材料的机械结合能力，使复合材料具有良好的导电性，提升材料的整体利用率。

16、(3)本发明制备的高熵化合物/碳自支撑一体式电极具有高的本征活性，应用于电催化析氧领域(oer)中时具有较高的自修复速率，因此可以有效的保护作为基底的垂直石墨烯，最终使所制备的一体式电极具有较高的oer活性和优异的稳定性。

技术特征：

1.一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，步骤s1的具体操作方法为：将碳布裁切后放置在石英管正中，将石英管置于马弗炉中，开启真空泵，将真空腔体内的气体压强抽至3pa以下，随后打开ar、ch4以及h2气路，打开射频电源，沉积0～60min后，关闭射频电源、真空泵以及马弗炉，待碳布样品温度下降至60℃以下，打开放气阀取出碳布样品即得表面构筑垂直石墨烯阵列的碳布。

3.根据权利要求2所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，马弗炉中的温度设置为0～700℃；ar、ch4以及h2的流量分别设置为0～40sccm、0～10sccm和0～15sccm；射频电源的输出功率为0～500w。

4.根据权利要求1所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，步骤s2中金属前驱体离子/乙醇/尿素混合溶液的制备方法为：将尿素和金属前驱体离子按一定比例加入乙醇中，混合搅拌至溶液澄清；尿素浓度为5～20mg/ml，金属前驱体离子总浓度为2～20mg/ml。

5.根据权利要求4所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体离子为5种及5种以上乙酰丙酮金属盐的混合液。

6.根据权利要求5所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，所述乙酰丙酮金属盐为乙酰丙酮镍、乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮氧钒、乙酰丙酮锰、乙酰丙酮铜。

7.根据权利要求1所述的一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，其特征在于，步骤s2中充分浸润后的碳布，用酒精灯引燃，燃烧至自然熄灭，浸润-燃烧的过程的重复1～10次。

技术总结本发明公开了一种高熵化合物/碳自支撑一体式电极的制备方法，涉及电极技术领域，包括S1：以碳布为基底，利用等离子体技术在其表面构筑垂直石墨烯阵列；S2：将表面构筑垂直石墨烯阵列的碳布浸渍至金属前驱体离子/乙醇/尿素混合溶液中，碳布充分浸润后，取出，在空气氛围下，进行燃烧法处理，收集燃烧后产物；S3：将燃烧后产物反复冲洗后，自然晾干，即得成品。本发明提供的制备方法无需特殊设备、无需助燃气体、无需后续的焙烧与活化，生产周期短、适宜材料的规模化、大面积生产，且制备的高熵化合物/碳自支撑一体式电极具有低的结晶性，在能源转化与存储领域具有广阔的应用前景，取得显著进步，并具备工业化应用价值。技术研发人员：张永起,李婷,叶蓓融受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11