一种非晶合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及催化剂领域，公开了一种非晶合金及其制备方法和应用。该非晶合金的化学式为MxAyPz，其中，M为Pd和/或Pt；A为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的一种或多种；x、y和z为摩尔分数，并且1≤x≤60，1≤y≤60，1≤z≤40，x+y+z＝100。本发明专利技术提供的非晶合金可以作为析氢反应中的催化剂，在酸性体系中具有催化活性高和稳定性好的优点。

Amorphous alloy and preparation method and application thereof

The invention relates to the field of catalyst, and discloses an amorphous alloy and a preparation method and application thereof. The chemical formula of the amorphous alloy is MxAyPz, which is Pd, M and / or Pt; A is one or more of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn and Mo; X, y and Z mole fraction, and 1 x 60, 1 = y = 60, 1 = z = 40, x+y+z = 100. The amorphous alloy provided by the invention can be used as a catalyst in the hydrogen evolution reaction, and has the advantages of high catalytic activity and good stability in the acid system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及催化剂领域，具体地，涉及一种非晶合金及其制备方法和应用。
技术介绍
将可再生能源(如太阳能、风能、水位能等)以氢为媒介存储、运输和转化可实现环境友好和社会可持续发展。当前95％以上的氢气来自于化石燃料，而水作为氢的重要来源之一，从其提取出来的氢的总能量是地球化石燃料热量的9000倍。通过析氢反应(HER)电催化劈裂水是一个具有高的能量转化效率的重要的过程。目前，现有的析氢反应催化剂主要基于铂等贵金属，但是铂有限的储量和高的成本阻止了这一技术的商业应用。MoS2，Mo2C，MoB，MoP，MoSe2，WS2和3d过渡金属被研究作为取代的Pt基催化剂。近年来，3d过渡金属，例如，Fe，Co，Ni及其衍生物由于高的丰度和低的成本作为Pt基催化剂的替代引起了极大的关注，但是这些金属在酸性电解体系中容易受到腐蚀。对于酸性体系析氢反应(HER)，取代贵金属基催化剂面临的主要挑战是非贵金属催化剂低的效率和差的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决酸性体系中析氢反应的催化剂活性低、稳定性差的问题，提供一种非晶合金及其制备方法和应用。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种非晶合金，其中，该非晶合金的化学式为MxAyPz；其中，M为Pd和/或Pt；A为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的一种或多种；x、y和z为摩尔分数，并且1≤x≤60，1≤y≤60，1≤z≤40，x+y+z＝100。本专利技术还提供了一种制备所述非晶合金的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将金属M和金属A进行熔炼，得到MA母合金锭；(2)将所述MA母合金锭与磷进行感应熔炼，得到MAP母合金；以及(3)将所述MAP母合金与三氧化二硼进行感应加热处理，然后冷却。再者，本专利技术还提供了由上述方法制备的非晶合金。另外，本专利技术还提供了所述非晶合金在析氢反应中应用。本专利技术提供的非晶合金可以作为析氢反应中的催化剂，在酸性体系中具有催化活性高和稳定性好的优点。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例1和对比例1的析氢反应极化曲线图；图2是实施例1和对比例1的塔菲尔曲线图；图3是实施例1的不同循环次数后的极化曲线图；图4是实施例1和对比例1的计时电流曲线图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种非晶合金，其中，该非晶合金的化学式为MxAyPz；其中，M为Pd和/或Pt，优选为Pd；A为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的一种或多种；优选地，A为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种，优选为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的至少两种，更优选为Cu与选自Fe、Co和Ni中的至少一种的组合，最优选为Cu和Ni的组合。在一种优选的实施方式中，M为Pd，A为Cu和Ni的组合。本专利技术中，x、y和z为摩尔分数，并且1≤x≤60，1≤y≤60，1≤z≤40，x+y+z＝100；优选地，25≤x≤50，25≤y≤50，10≤z≤30；更优选地，35≤x≤45，35≤y≤45，15≤z≤25；最优选的情况下，x＝40，y＝40，z＝20。本专利技术中，对所述非晶合金的结构没有特别的限制，可以为本领域中常规的结构，例如带材、薄膜、介孔材料、一维纳米线阵列或一维纳米管阵列，优选为带材或薄膜，更优选为带材。本专利技术还提供了一种制备所述非晶合金的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将金属M和金属A进行熔炼，得到MA母合金锭；(2)将所述MA母合金锭与磷进行感应熔炼，得到MAP母合金；以及(3)将所述MAP母合金与三氧化二硼进行感应加热处理，然后冷却。根据本专利技术的一种优选实施方式，步骤(1)的所述熔炼过程包括：先用机械泵将熔炼室抽真空至真空度为10Pa以下(如8Pa、5Pa、3Pa、1Pa或0.5Pa)，再用分子泵将熔炼室抽真空至3×10-3Pa以下(如3×10-3Pa、1×10-3Pa、7×10-4Pa、3×10-4Pa、5×10-6Pa或1×10-7Pa)，接着充入惰性气体，然后使原料金属M和金属A在所述熔炼室内进行熔炼。所述熔炼过程可以在电弧熔炼炉中实施。所述电弧熔炼炉可以采用钨电极。根据本专利技术的一种优选实施方式，为了吸附熔炼室内的氧气和其他杂质，步骤(1)的所述熔炼过程优选还包括：在注入原料金属M和金属A之前且在充入惰性气体之后，注入海绵钛进行熔炼。本专利技术中，对海绵钛的用量没有特别的限定，只要海绵钛的用量能够完全吸附熔炼室内的氧气和其他杂质即可。优选情况下，以原料金属M和金属A的用量的总重量为100重量份计，所述海绵钛的用量为10-20重量份，更优选为14-16重量份。本专利技术中，为了保证熔炼均匀，步骤(1)的所述熔炼过程可以重复实施2-7次，优选为3-5次。本专利技术中，在步骤(2)的所述感应熔炼过程中，由于磷易挥发，优选情况下，磷的用量为理论摩尔当量的1.01-1.7倍，优选为1.1-1.4倍。本专利技术中，步骤(2)的所述感应熔炼过程可以在真空条件下、在石英玻璃管中实施；优选地，所述真空条件的真空度为2×10-3-4×10-3Pa。在步骤(2)中，在所述感应熔炼过程结束后，称量出所得到的MAP母合金的质量，通过所述MAP母合金的质量减去所述MA母合金锭的质量以获得所述MAP母合金的实际含磷质量。如果磷的质量偏高，则再按照配比再加入一定量的所述MA母合金锭并继续进行感应熔炼，直到得到合适含磷量的MAP母合金。本专利技术中，在步骤(3)的所述感应加热处理中，对所述三氧化二硼的用量没有特别的限定，但是，为了提高非晶玻璃的形成能力，优选情况下，所述三氧化二硼与所述MAP母合金的用量的体积比为1.5-2.5：1，更优选为1.5-2.3：1，进一步优选为1.6-2：1。本专利技术中，步骤(3)的所述感应加热处理的过程可以包括：将所述MAP母合金和三氧化二硼放入石英管中，将石英管抽真空至10-5Pa以下(如10-6Pa、10-7Pa、10-8Pa或10-9Pa)，充入惰性气体并密封，然后将密封的石英管在高真空单辊甩带炉中进行感应加热处理。此处的高真空是指真空度为6×10-4Pa以下。本专利技术中，所述方法还可以包括：将步骤(3)处理后得到的MAP母合金加热至熔融，然后喷射到基体上，以获得非晶合金带。其中，所述加热过程可以通过本领域常规的方式实施，例如可以为感应电流加热。在本专利技术的一种优选的实施方式中，将所述MAP母合金置于石英管中，将所述石英管置于高真空单辊甩带炉的感应线圈中，调整石英管高度使其管口与铜辊之间的距离为2-3mm，将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶合金，其特征在于，该非晶合金的化学式为MxAyPz；其中，M为Pd和/或Pt；A为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的一种或多种；x、y和z为摩尔分数，并且1≤x≤60，1≤y≤60，1≤z≤40，x+y+z＝100。

【技术特征摘要】
1.一种非晶合金，其特征在于，该非晶合金的化学式为MxAyPz；其中，M为Pd和/或Pt；A为Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的一种或多种；x、y和z为摩尔分数，并且1≤x≤60，1≤y≤60，1≤z≤40，x+y+z＝100。2.根据权利要求1所述的非晶合金，其中，M为Pd。3.根据权利要求1或2所述的非晶合金，其中，A为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种，优选为Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的至少两种，更优选为Cu与选自Fe、Co和Ni中的至少一种的组合，最优选为Cu和Ni的组合。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的非晶合金，其中，25≤x≤50，25≤y≤50，10≤z≤30；优选地，35≤x≤45，35≤y≤45，15≤z≤25。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的非晶合金，其中，所述非晶合金的结构为带材、薄膜、介孔材料、一维纳米线阵列或一维纳米管阵列。6.一种制备权利要求1-5中任意一项所述的非晶合金的方法，其中，该方法包括以下步骤：(1)将金属M和金属A进行熔炼，得到MA母合金锭；(2)将所述MA母合金锭与磷进行感应熔炼，得到MAP母合金；以及(3)将所述MAP母合金与三氧化二硼进行感应加热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙春文，王义智，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11