FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及OER催化剂领域，具体为一种FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂及其制备方法和应用。实施例的催化剂包括碳载体和负载在碳载体上的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料，该FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料通过将FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体在还原性气氛下进行热处理而得到。其中，通过3d过渡金属Cr自发氧化调节高熵合金结构，形成高熵合金/高熵氧化物异质相复合纳米材料，对OER反应具有极佳的催化活性和稳定性。具有极佳的催化活性和稳定性。具有极佳的催化活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于OER电催化剂
，具体为一种3d过渡金属Cr自发氧化调控FeCoNiMnCr高熵合金相结构纳米材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在实现“碳达峰，碳中和”这一目标的大背景下，电化学分解水生产新型绿色氢能源将推动这一发展战略。调研发现，应用于四电子转移析氧反应(OER) 的传统合金催化剂普遍具有稳定性较差、活性低的不足。
[0003]基于多过渡金属的高熵合金(HEA)是一种由四种或四种以上金属组成的具有一定构型熵的新型催化材料。一些研究表明，与低元素合金相比，HEA 在OER催化活性和稳定性方面具有很大的优势，其空间无序和晶格有序的特性可以优化其表面电子结构。
[0004]虽然HEAs具有潜在的电催化性能，但部分HEAs在电催化过程中对中间体的吸附太强，导致其性能较差；另一方面，许多高稳定、高活性的HEAs 催化剂往往含有价格高昂的贵金属，限制了这些HEAs的长期发展。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提供一种低成本且具有高催化活性和稳定性的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂及其制备方法和应用。
[0006]为了实现上述的主要目的，本专利技术的第一方面提供了一种FeCoNiMnCr 高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂，包括碳载体以及负载在碳载体上的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料；其中，FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料是通过将FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体在还原性气氛下进行热处理而得到。
[0007]上述技术方案中，所述碳载体可以为碳纳米管。
[0008]上述技术方案中，所述还原性气氛可以为氩氢混合气，所述热处理的温度可以为350～450℃、时间可以为2～4h。
[0009]本专利技术的第二方面提供了一种FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1，将2,5
‑
二羟基对苯二甲酸、亚铁盐、钴盐、镍盐、锰盐和铬盐按预定摩尔比溶于乙醇、去离子水和N,N
‑
二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，在加入碳载体后进行水热反应，得到FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体产物；
[0011]S2，将所述FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体产物在在还原性气氛下进行热处理，得到负载在所述碳载体上的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料。
[0012]上述制备方法中，2,5
‑
二羟基对苯二甲酸、亚铁盐、钴盐、镍盐、锰盐和铬盐的摩尔比可以为0.34：0.25：0.25：0.25：0.25：0.25。
[0013]上述制备方法中，水热反应的温度可以为100
‑
140℃，时间可以为20
‑
35h。
[0014]上述制备方法中，还原性气氛可以为氩氢混合气，热处理的温度可以为 350～450℃、时间可以为2～4h。
[0015]上述制备方法中，所述亚铁盐为乙酸亚铁，钴盐为硝酸钴，镍盐为硝酸镍，锰盐为硝酸锰，铬盐为硝酸铬。
[0016]上述制备方法中，乙醇、去离子水和N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比可以为 1.35：1.35：22.5，亚铁盐与乙醇的比值可以为0.25：1.35mmol/mL。
[0017]本专利技术的第三方面公开了上述FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂在OER反应中的应用。
[0018]本专利技术具有如下有益效果：
[0019]通过3d过渡金属Cr的引入可以有效地将FeCoNiMnCr高熵合金(HEA) 纯金属相转化为高熵合金/高熵氧化物(HEA
‑
HEO)异质相,调节界面位点的电子结构，优化含氧中间体的吸附能，加速OER过程中的电荷转移过程，对反应过程具备更好更稳定的催化效果，特别是在碱性环境下具有较高氧析出的电催化活性和稳定性，具有极高的商业应用前景。
附图说明
[0020]图1为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金和实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的傅里叶红外光谱(FT
‑
IR)图；
[0021]图2为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金的粉末X射线衍射(XRD) 图谱及XRD图谱的对比图；
[0022]图3为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金和实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的粉末X射线衍射(XRD)对比图谱；
[0023]图4中a和c为实施例1制备的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的场发射扫描电镜(FESEM)图，b和d为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金的场发射扫描电镜(FESEM)图；
[0024]图5为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金的透射电镜(TEM)图；
[0025]图6为实施例1制备的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的透射电镜 (TEM)图；
[0026]图7为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金和实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物高分辨率光电子能谱(XPS)图谱全谱的对比图；
[0027]图8为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金和实施例1制备的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的C1s,Co2p,Fe2p,Ni2p,Mn2p和O1s高分辨率光电子能谱(XPS)图谱的对比图；
[0028]图9为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金和实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物的拉曼(Raman)图谱的对比图；
[0029]图10为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金、实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂和商业IrO2在1M KOH溶液、室温条件下的IR校正极化曲线图；
[0030]图11为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金、实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂和商业IrO2电催化析氧反应时的塔菲尔曲线图；
[0031]图12为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金、实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂和商业IrO2的循环伏安(CV)图；
[0032]图13为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金、实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂和商业IrO2催化剂的双电层电容；
[0033]图14为对比例1制备的FeCoNiMn高熵合金、实施例1制备的 FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂和商业IrO2的能斯特图；
[0034]图15为实施例1制备的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物催化剂的计时电位响应(E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂，包括碳载体以及负载在所述碳载体上的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料；其中，所述FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料是通过将FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体在还原性气氛下进行热处理而得到。2.根据权利要求1所述的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂；其中，所述碳载体为碳纳米管。3.根据权利要求1所述的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂；其中，所述还原性气氛为氩氢混合气，所述热处理的温度为350～450℃、时间为2～4h。4.一种FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1，将2,5
‑
二羟基对苯二甲酸、亚铁盐、钴盐、镍盐、锰盐和铬盐按预定摩尔比溶于乙醇、去离子水和N,N
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二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，在加入碳载体后进行水热反应，得到FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体产物；S2，将所述FeCoNiMnCr五元金属有机框架前驱体产物在还原性气氛下进行热处理，得到负载在所述碳载体上的FeCoNiMnCr高熵合金/高熵氧化物异质相纳米材料。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡觉，张利波，梅云婕，张呈旭，冯月斌，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：