一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法技术

本发明专利技术公开了一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。所述方法为：将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。所述Fe基非晶合金组成为：Fe

A method of improving the catalytic activity of hydrogen evolution in electrolytic water of Fe based amorphous alloy by plastic deformation treatment

【技术实现步骤摘要】
一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法
本专利技术属于Fe基非晶合金材料电解水析氢的
，具体涉及一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。
技术介绍
由化石燃料大量燃烧引起的环境污染，全球变暖和能源危机等问题已成为世界关注的焦点，因此建立一个全球规模的清洁可持续能源系统是人类面临的最大挑战。除了开发低成本的储能系统外，另一个解决方案是将这些可再生能源转化为易于存储和运输的化学燃料。分子氢(H2)与其他燃料相比具有最高的重量能量密度(142MJ·kg-1)，并且其燃烧产物仅为绿色无污染的水，因此被提议作为未来能源供应的潜在候选者。目前来说，商业电解系统的能量转换效率约为56-73％，有约三成的能量在克服能垒过程中损耗掉了，为了解决这个问题，必须选择合适的催化剂来提高能量转换效率。贵金属催化剂仍然是HER和OER的最有效催化剂，而Pt是HER的最优催化剂，然而贵金属Pt价格昂贵，地球储量稀少，这些特性注定了其无法在工业生产中大规模使用，因此，开发地球上资源丰富的，经济和高效的电解水高活性催化剂成为各国发展新能量系统的首要任务之一。而非晶合金由于其非晶态结构，没有易发生腐蚀的位错和晶界，所以其对比起其他晶态合金具有极高的耐腐蚀性，并且由于非晶合金表面的元素起伏，所以其表面拥有众多活性位点，以上特性使得非晶合金是目前最有潜力替代贵金属Pt的优质新型催化剂。虽然Fe基非晶态合金同样具有稳定性高和活性位点多等非晶态催化剂的特点，但其起始催化活性偏低。r>
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的目的在于提供一种塑性变形(HPT)处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。该方法利用剧烈塑性变形处理Fe基非晶合金，可以有效降低Fe基非晶合金的析氢过电位，显著提高在碱性环境下对电解水析氢的催化性能。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，包括以下步骤：将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。优选的，所述Fe基非晶合金组成为：FemSinBp，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。更优选的，所述77≤m≤79，8≤n≤11，11≤p≤14且m+n+p＝100。优选的，所述Fe基非晶合金为1～100片直径厚度d＝0.01～0.5mm的Fe基非晶合金圆片。更优选的，所述Fe基非晶合金为10～50片直径厚度d＝0.02mm的Fe基非晶合金圆片。优选的，所述Fe基非晶合金圆片由宽度为6～12cm、厚度为0.01～0.5mm、长度为5～20cm的Fe基非晶合金薄带裁剪得到。优选的，所述Fe基非晶合金薄带由以下方法制备得到：根据非晶合金的化学计量比称量原材料Fe、Si、B，然后在惰性气氛中熔炼成合金，采用快速凝固甩带法将合金制备成非晶合金薄带。优选的，所述高压扭转处理1～10圈。优选的，所述接触压力为10～6000KPa。优选的，所述扭转转速为0.1～10rpm。本专利技术通过高压扭转处理后所得的Fe基非晶合金由应力诱导部分晶化，与热处理过程中主要产生晶态Fe不同，应力诱导产生大量具有催化活性的Fe2B和Fe3Si纳米晶，改变了HER的反应路径，降低了吸附和解吸氢过程中的吉布斯自由能，从而显著提升了析氢反应的催化性能。本专利技术通过高压扭转处理获得的Fe基非晶合金表面存在大量的Fe2B和Fe3Si纳米晶，并且由于高压扭转破坏表面形貌，所以表面还存在无数的微裂纹和孔洞；Fe2B和Fe3Si纳米晶具有高催化活性，可以有效降低析氢过程中的能垒，而微裂纹的存在可有效增加材料的电化学表面积，同时发生不同界面之间的多界面反应，显著提升材料的析氢催化活性。本专利技术所述方法获得的材料催化析氢性能良好，制备工艺简单，原料成本低，具有普适性，为碱性环境析氢催化剂的导向性设计和性能优化提供了新的思路和策略。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术提供的一种利用剧烈塑性变形提高Fe基非晶合金的电解水析氢催化性能的方法，制备工艺简单，本专利技术获得的HPT处理Fe基非晶合金表面存在大量的Fe2B和Fe3Si纳米晶，并且由于高压扭转破坏表面形貌，所以表面还存在无数的微裂纹和孔洞；Fe2B和Fe3Si纳米晶具有高催化活性，改变了HER的反应路径，有效降低吸附和解吸氢过程中的吉布斯自由能，从而显著提升了析氢反应的催化性能；而微裂纹的存在可有效增加材料的电化学表面积，同时发生不同界面之间的多界面反应，显著提升材料的析氢催化活性。附图说明图1为未经任何处理的Fe78Si11B11非晶合金的XRD图。图2为实施例1～3中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的XRD图。图3为实施例3中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的SEM图，其中a为二次电子模式下的形貌图片，b为a区域对应的背散射电子模式下的图片。图4为实施例3中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的EDS能谱图的元素分布图。图5为实施例3中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的EDS能谱图的元素强度图。图6为实施例1中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的极化曲线LSV图。图7为实施例2中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的极化曲线LSV图。图8为实施例3中所制得的高压扭转处理后Fe基非晶合金的极化曲线LSV图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本专利技术实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本申请实施例中高压扭转机购买于东莞得力仕机械科技公司生产制造，型号为DSB-300X2。实施例1将宽度M＝6cm，厚度d＝0.02mm的Fe77Si9B14非晶合金薄带用冲裁机裁剪为一定数量直径的Fe77Si9B14非晶合金圆片；然后将10片已裁好的Fe77Si9B14非晶合金圆片整齐堆叠好，放置于高压扭转机直径的模具中，设置高压扭转机的接触压力P＝10KPa，转速n＝0.1rpm，圈数N＝1。参数设置好后启动高压扭转机，得到高压扭转处理后的Fe77Si9B14非晶合金圆片。实施例2将宽度M＝6cm，厚度d＝0.02mm的Fe79Si8B13非晶合金薄带用冲裁机裁剪为一定数量直径的Fe79Si8B13非晶合金圆片；然后将20片已裁好的Fe79Si8B13非晶合金圆片整齐堆叠好，放置于高压扭转机直径的模具中，设置高压扭转机的接触压力P＝1000KPa，转速n＝5rpm，圈数N＝2。参数设置好后启动高压扭转机，得到高压扭转处理后的Fe79Si8B13非晶合金圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。/n

【技术特征摘要】
1.一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。


2.根据权利要求1所述一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，其特征在于，所述Fe基非晶合金组成为：FemSinBp，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。


3.根据权利要求2所述一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，其特征在于，所述Fe基非晶合金组成为：FemSinBp，77≤m≤79，8≤n≤11，11≤p≤14且m+n+p＝100。


4.根据权利要求1或2所述一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，其特征在于，所述高压扭转处理1～10圈。


5.根据权利要求1或2所述一种塑性变...

【专利技术属性】
技术研发人员：林怀俊，吴凯瑶，储非，孟玉英，李卫，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44