一种负载型高熵金属间化合物催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种负载型高熵金属间化合物、制备方法与应用，属于电催化能量转换领域。所述制备方法包括以下步骤：(1)将至少5种金属盐溶解在溶剂中形成溶液，所述至少5种金属盐含有至少5种不同金属元素，所述至少5种不同金属元素同时含有贵金属元素和非贵金属元素，并将载体分散在溶液中，使至少5种金属盐被吸附在载体上，蒸干溶剂后得到固体粉末；(2)将所述固体粉末在还原性气氛下一次加热进行预还原，得到载体负载的高熵合金纳米颗粒；将载体负载的高熵合金纳米颗粒进行二次热处理，得到载体负载的高熵金属间化合物纳米颗粒。本发明专利技术制得的催化剂对于燃料电池相关的阴极、阳极电催化反应表现出良好的催化活性和稳定性。反应表现出良好的催化活性和稳定性。反应表现出良好的催化活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种负载型高熵金属间化合物催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术属于燃料电池催化剂领域，更具体地，涉及一种负载型高熵金属间化合物催化剂、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]氢能是一种极具前景的绿色能源，氢气的高效产生与利用对于缓解能源与环境问题具有重要意义。通过水电解产生的氢气纯度高，并且将电解水制得的氢气用于燃料电池具有能量转化效率高等优势。但是，水裂解或燃料电池阴阳极的反应通常需要贵金属的催化进行。如何在减少贵金属用量的同时提升催化活性和稳定性，需要开发高效的催化剂。高熵合金催化剂因合金化的各种增益效应，具有相比于单金属更好的活性，同时高熵效应使得相对于一般的二元、三元合金催化剂稳定性进一步提升。但是高熵合金催化剂中各种原子随机分布，具有不同的配位形式，若使其有序分布，催化甲酸氧化的选择性、活性仍有进一步提升的空间。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种制备负载型高熵金属间化合物的方法，其目的在于提升纳米催化剂的活性和稳定性，由此解决电催化过程中性能衰退的技术问题。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种负载型高熵金属间化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0005](1)将至少5种金属盐溶解在溶剂中形成溶液，所述至少5种金属盐含有至少5种不同金属元素，所述至少5种不同金属元素同时含有贵金属元素和非贵金属元素，并将载体分散在溶液中，使至少5种金属盐被吸附在载体上，蒸干溶剂后得到固体粉末；其中，贵金属元素与非贵金属元素的原子比为(3
‑
1)：(1
‑
3)；
[0006](2)将所述固体粉末在还原性气氛下一次加热进行预还原，得到载体负载的高熵合金纳米颗粒；将载体负载的高熵合金纳米颗粒进行二次热处理，得到载体负载的高熵金属间化合物纳米颗粒。
[0007]优选地，所得高熵金属间化合物纳米颗粒中贵金属元素的质量分数之和为20～40％。
[0008]优选地，含有贵金属的盐为铂盐、钯盐、铱盐、铑盐、钌盐或金盐；含有非贵金属的盐为铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、锌盐或锡盐。
[0009]优选地，所述一次加热的温度为150℃～300℃，所述二次热处理的温度为400℃～1000℃；所述一次加热的时间为1～3h，所述二次热处理的时间为2～10h，升温速率为2～10℃/min。
[0010]优选地，贵金属元素与非贵金属元素的原子比为1:3、1:1或3:1。
[0011]优选地，所述载体为炭黑、碳纳米管、科琴黑、碳纳米纤维、空心纳米碳球、有序介
孔碳、氮掺杂碳、硫掺杂碳、磷掺杂碳、氧化钛、氧化钨、氧化锡中的至少一种；所述溶剂为水、乙醇、甲醇中的至少一种或混合溶剂。
[0012]优选地，所述铂盐为氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、乙酰丙酮铂、二氯化铂、四氯化铂中的至少一种，所述钯盐为氯化钯、硫酸钯、醋酸钯、硝酸钯、四氯钯酸钠、氯钯酸铵、乙酰丙酮钯中的至少一种，所述铱盐为醋酸铱、氯化铱、氯酸铱钠、四氯化铱水合物、乙酰丙酮铱、六氯铱酸钾中的至少一种，所述铑盐为氯化铑、硝酸铑、醋酸铑、三乙酰丙酮铑中的至少一种，所述钌盐为氯化钌、乙酰丙酮钌、醋酸钌、二茂钌、钌酸钾、氯钌酸铵、氯钌酸钠、氯钌酸钾中的至少一种，所述金盐为四氯金酸钠二水合物、四氯金酸铵水合物、四氯金酸三水合物、氯化亚金(I)、氯化金钾、氯化金(III)水合物中的至少一种。
[0013]优选地，所述铁盐为氯化铁、氯化亚铁、乙酰丙酮铁、醋酸铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种，所述钴盐为无水硫酸钴、乙酸钴、无水氯化钴、硝酸钴(六水)、乙酰丙酮钴(II)、乙酰丙酮钴(III)中的至少一种，所述镍盐为氯化镍(六水)、乙酰丙酮镍、硝酸镍(六水)、氧化镍中的至少一种，所述铜盐为氯化亚铜、无水硫酸铜、氯化铜二水、无水氯化铜(Ⅱ)中的至少一种，所述锌盐为氯化锌、硫酸锌、硝酸锌中的至少一种，所述锌盐为氯化锌、乙酸锌、乙酰丙酮锌水合物、硫酸锌、硝酸锌水合物中的至少一种，所述锡盐为乙酸锡(II)、硫酸亚锡、乙酰丙酮化锡、无水四氯化锡、无水氯化亚锡中的至少一种。
[0014]按照本专利技术另一个方面，提供了一种负载型高熵金属间化合物。
[0015]按照本专利技术再一个方面，提供了一种负载型高熵金属间化合物的应用，用于燃料电池阴极反应或阳极反应。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于对高熵合金催化剂组分比例和原子排列的进一步调节，能够取得下列提升催化性能、调控催化剂粒径的有益效果。
[0017](1)本专利将负载有5种及以上既包括非贵金属又包括贵金属的载体进行一次加热形成合金，然后通过二次热处理，使得合金有序化形成金属间化合物；该金属间化合物可以理解为二元金属体系的化合物，例如，其A位点上均为贵金属原子，而其B位点上均为非贵金属原子。从而通过结合高熵效应与原子级结构有序效应，提升催化稳定性的同时改善催化活性和选择性。
[0018](2)本专利技术可通过对高熵金属间化合物组分的改变调控催化剂的粒径，其原理是熔点高的金属具有更好的抗烧结能力。例如，将PtFe中的贵金属中增加Ir、Ru，非贵金属增加Cu制备五元催化剂，相对于二元的PtFe催化剂粒径减小。
[0019](3)本专利技术还可以通过二次热处理的温度来改变调控催化剂的粒径，具体地，二次热处理的温度增加时，呈现颗粒增大的趋势。
附图说明
[0020]图1中(a)为碳负载的Pt(FeCoNiCuZn)3高熵金属间化合物纳米颗粒的X射线衍射图，图1中(b)为其在循环30000次前后的循环伏安曲线，图1中(c)为其在循环30000次前后的线性扫描伏安曲线；
[0021]图2为碳负载的(PtPdIrRu)Zn高熵金属间化合物纳米颗粒在不同温度处理的X射线衍射图；
[0022]图3中(a)为实施例4中碳负载的(PtPdIrRu)Zn高熵金属间化合物纳米颗粒的扫描投射电镜图片，图3中(b)为相同条件下制备的二元PtZn金属间化合物纳米颗粒的扫描投射电镜图片，；
[0023]图4中(a)为实施例6碳负载的(PtPdIrRu)(FeCu)高熵金属间化合物纳米颗粒的高分辨透射电镜图片(a)，图4中(b1)
‑
(b8)分别为实施例6中各种元素能谱图片；
[0024]图5为碳负载的(PtPdIrRu)(FeCu)高熵金属间化合物纳米颗粒在循环1200次前后催化甲酸氧化反应的线性扫描伏安曲线。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]实施例1
[0027]第一步：将氯铂酸、氯化铁、氯化钴、氯化镍、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载型高熵金属间化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将至少5种金属盐溶解在溶剂中形成溶液，所述至少5种金属盐含有至少5种不同金属元素，所述至少5种不同金属元素同时含有贵金属元素和非贵金属元素，并将载体分散在溶液中，使至少5种金属盐被吸附在载体上，蒸干溶剂后得到固体粉末；其中，贵金属元素与非贵金属元素的原子比为(3
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1)：(1
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3)；(2)将所述固体粉末在还原性气氛下一次加热进行预还原，得到载体负载的高熵合金纳米颗粒；将载体负载的高熵合金纳米颗粒进行二次热处理，得到载体负载的高熵金属间化合物纳米颗粒。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得高熵金属间化合物纳米颗粒中贵金属元素的质量分数之和为20～40％。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，含有贵金属元素的盐为铂盐、钯盐、铱盐、铑盐、钌盐或金盐；含有非贵金属元素的盐为铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、锌盐或锡盐。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次加热的温度为150℃～300℃，所述二次热处理的温度为400℃～1000℃；所述一次加热的时间为1～3h，所述二次热处理的时间为2～10h，升温速率为2～10℃/min。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，贵金属元素与非贵金属元素的原子比为1:3、1:1或3:1。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载体为炭黑、碳纳米管、科琴黑、碳纳米纤维、空心纳米碳球、有序介孔碳、氮掺杂碳、硫掺杂碳、磷掺杂碳、氧化钛、氧化钨、氧化锡中的至少一种；所述溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王得丽，申涛，张倩，王双，张辰浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：