一种原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法

本发明涉及高熵合金制备，尤其涉及一种原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法。

背景技术：

1、高熵合金是一种新型的合金材料，与传统的合金相比，高熵合金由于其独特的组成具有性能可调的特点，为提高合金材料耐高温、耐腐蚀、抗辐照、抗氧化等性能开辟了新的设计方法。特别是，高熵合金的表面电子和几何结构可以在更大程度上进行调节，以设计具有优异性能的催化剂。可调的组成为催化剂设计和调整提供了更灵活的成分选择。由随机多元素混合得到的复杂原子构型带来了不同范围的吸附位点和接近连续的结合能分布模式。此外，在铂基hea中充分加入非贵金属显著降低了催化剂的成本，同时保持甚至提高了合金催化剂的固有活性。

2、目前合成纳米高熵合金的现有方法仍具有一定的局限性，例如复杂的加热设备、样品批次一致性差、难以宏量制备、对材料基底有一定的要求等，这导致了高熵合金纳米颗粒的简单、低成本和大规模合成的困难。此外，在进行催化反应过程中，碳壳可以保护催化剂表面免受(电)化学氧化和物理团聚，防止合金溶解、脱落、团聚，调控电子结构改善催化性能。但目前针对炭壳封装金属合成的步骤相对繁琐，需要引入聚合物作为碳源，产量低。因此，发展新型且简单高效的碳包覆核壳结构纳米高熵合金合成方法对推动该类材料的催化应用至关重要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，采用一步法简单连续合成，合成具有独特核壳结构的碳包覆纳米高熵合金颗粒，核壳之间潜在的协同效应为调控和优化纳米高熵合金的催化性能提供了更多可能性。

2、本申请所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)前驱体溶液配置：称取金属源，分别配置成金属源的水溶液，然后将金属源的水溶液依次与有机溶剂混合得到金属离子溶液；

4、(2)采用超声雾化器将步骤(1)所得金属离子溶液进行超声喷雾，以惰性气体作为载气进入管式炉中，高温加热生成碳包覆高熵合金纳米颗粒。最终产品收集在孔径为0.45μm的微孔有机过滤膜上。

5、优选的，步骤(1)所述金属源包括等摩尔比的h2ptcl6·6h2o,nicl2·6h2o，fecl3·6h2o，cocl2·6h2o，cucl2·2h2o。

6、优选的，步骤(1)所述有机溶剂为乙醇、甲醇、辛醇、丙酮中的任意一种。

7、优选的，步骤(1)所述的金属源溶液中金属离子的浓度0.05mol/l。

8、优选的，步骤(1)所述金属源的水溶液与有机溶剂的体积比为1～1.5:45～50

9、优选的，步骤(2)所述的惰性气体为氩气、氮气中的任意一种；所述惰性气体的气流量为1～1.5l/min。

10、优选的，步骤(2)所述的超声喷雾的频率为1.7～2.4mhz.

11、优选的，步骤(2)所述的高温加热温度750～1000℃。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、本发明采用一步法简单连续合成，以乙醇等有机溶剂作为溶剂，通过简单的喷雾瞬时热解处理，一步实现金属还原、高熵合金形成与碳包覆层结构构筑，进而获得碳包覆的超细纳米高熵合金，该合成方法步骤简单，一步形成碳包覆的高熵合金纳米颗粒核壳结构，使反应过程更容易准确控制；且为流动反应，能够连续不断地生产，较易扩大反应规模，实现产业化。

14、在本发明中，有机溶剂一方面可以作为溶剂溶解金属盐，便于喷雾；另一方面溶剂作为重要的反应物，在高温热解时原位碳化形成碳包覆层；同时溶剂热解产生碳和其它气体作为还原剂将金属盐还原为金属单质，因此溶剂对于碳包覆纳米高熵合金的形成至关重要。

15、本发明合成具有独特核壳结构的碳包覆纳米高熵合金颗粒，核壳之间潜在的协同效应为调控和优化纳米高熵合金的催化性能提供了更多可能性，特别是碳包覆层的存在可通过限域作用、电荷转移作用等影响高熵合金的本征催化活性，同时起到了阻隔作用，避免了金属颗粒直接暴露在反应环境中发生氧化，能够起到稳定合金组分的作用，防止了铂组分在长循环过程中发生溶出或者是相邻铂原子发生互融的现象，因而有望在电催化反应中展现出优异的活性和稳定性。

16、在本发明的喷雾热解过程中，采用超声雾化将前驱液雾化成小分子的气雾，由惰性气体将雾化后的液滴带入高温炉膛，进行高温热解反应，收集热解后的粉体，得到纳米级碳层包覆的高熵合金。其中温度和流量是合成中最主要影响因素，在限定温度下，流量可以实现加热时间的调控，进而调控碳层的包覆以及金属颗粒的大小。

技术特征：

1.一种原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属源包括等摩尔比的h2ptcl6·6h2o,nicl2·6h2o，fecl3·6h2o，cocl2·6h2o，cucl2·2h2o。

3.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述有机溶剂为乙醇、甲醇、辛醇、丙酮中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的金属源溶液中金属离子的浓度0.05mol/l。

5.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属源的水溶液与有机溶剂的体积比为1～1.5:45～50。

6.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的惰性气体为氩气、氮气中的任意一种；所述惰性气体的气流量为1～1.5l/min。

7.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的超声喷雾的频率为1.7～2.4mhz。

8.根据权利要求1所述的原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的高温加热温度750～1000℃。

技术总结本发明提供了一种原位碳包覆纳米高熵合金材料的制备方法，属于高熵合金制备技术领域。本发明采用一步法简单连续合成，以乙醇等有机溶剂作为溶剂，通过简单的喷雾瞬时热解处理，一步实现金属还原、高熵合金形成与碳包覆层结构构筑，进而获得碳包覆的超细纳米高熵合金，该合成方法步骤简单，一步形成碳包覆的高熵合金纳米颗粒核壳结构，使反应过程更容易准确控制。技术研发人员：费慧龙,叶龚兰,张鑫瑜,何观朝受保护的技术使用者：湖南大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18