一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂及其制备方法技术

一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂及其制备方法，属于催化剂材料制备领域。该(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂采用的前驱体溶液中金属离子摩尔比为Fe

【技术实现步骤摘要】
一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂材料制备领域，具体涉及一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]电解水系统由阴极析氢反应和阳极析氧反应两个半反应构成，鉴于缓慢的反应动力学过程，均需要贵金属电催化剂(Pt、IrO2、RuO2)来提高电能和化学能之间的转换效率，但贵金属资源储量稀缺而且价格昂贵，限制了其在电解水系统中的大规模应用。因此开发性能高效稳定、成本价廉的过渡金属基电催化剂是促进电解水规模化应用的关键，也是当前迫切需要攻克的难题。
[0003]包含多种金属组元的高熵材料催化剂由于多元素协同效应而具有优良的电催化效率。而高熵阴离子化合物电催化剂其因导电性高、结构稳定，且优异的性能在电催化领域受到广泛关注。目前报道的高熵阴离子化合物电催化剂主要包括高熵氧化物、高熵硫化物、高熵磷化物等，但同时实现高熵阴离子化合物电催化剂制备方法简单、催化活性高、可有望实际大范围制备的工艺较少，开发新组分高熵阴离子化合物电催化以及制备工艺流程尤为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的迫切需要，提供了一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂及其制备方法和应用。该制备方法操作简易，制备成本低，制备时间快速。所制备出的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂不仅有较大的科研意义，而且有利于实现大规模批量实际生产，具有一定的经济价值潜力。
[0005]本专利技术的制备方法是以泡沫镍作为基体，利用恒电位电沉积法，将五种金属离子均匀还原沉积到基体上，再通过简单的熔盐法氟化处理，得到(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂。
[0006]本专利技术设备易得、操作工艺流程简单，制备的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂结构稳定，并具有较优异的析氢、析氧双功能电催化性能。
[0007]本专利技术所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂，其采用的前驱体溶液中金属离子摩尔比为Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1，按FeCoNiCuZn高熵合金面积确定含氟化合物的用量，作为优选，按10cm3的FeCoNiCuZn高熵合金加入含氟化合物相应的摩尔量为0.054～0.067mol；
[0008]进一步的，含氟化合物优选为氟化铵。
[0009]所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂结构为立方晶系，Fm
‑
3m空间群。在1mol/LKOH碱性条件下，测得(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂析氢反应在电流密度在10mA
·
cm
‑2时的过电位为21mV，塔菲尔斜率为24.57mV
·
dec
‑1；析氧反应测得电流密度在100mA
·
cm
‑2时的过电位为274mV，塔菲尔斜率为48.86mV
·
dec
‑1，具有优异的析氢反应、析
氧反应电催化性能。
[0010]本专利技术的一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂的制备方法，按金属离子摩尔比Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1配制前驱体溶液，进行电沉积，在多孔导电泡沫镍基体上形成FeCoNiCuZn高熵合金，并对其氟化处理形成(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂。
[0011]具体包括如下步骤：
[0012]步骤1，配制前驱体溶液：
[0013]按照金属离子摩尔比，称取相应的FeCl3·
6H2O、CoCl2、NiCl2·
6H2O、CuCl2·
6H2O、ZnCl2混合，并溶解于去离子水中，搅拌均匀，得到前驱体溶液；
[0014]步骤2，制备高熵合金：
[0015](1)将前驱体溶液作为电解池的电解液，控制电解液pH值在4～4.5，加热至40～45℃；
[0016](2)在三电极体系下，以泡沫镍为工作电极，石墨棒为对电极，进行恒电位电沉积，沉积电位范围为
‑
0.2
±
0.05V，沉积时间为800～900s；
[0017](3)沉积结束后，对沉积有FeCoNiCuZn高熵合金的泡沫镍电极进行超声清洗，再空气中静置干燥，得到在泡沫镍上均匀沉积的FeCoNiCuZn高熵合金；
[0018]步骤3，熔盐法氟化处理：
[0019](1)根据(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂中氟的摩尔量，称取氟化铵并加热熔融，得到熔融氟化铵；
[0020](2)将FeCoNiCuZn高熵合金置入熔融氟化铵中进行氟化处理，得到(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂。
[0021]上述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂的制备方法，其中：
[0022]所述步骤1中，金属离子摩尔比为Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1，前驱体溶液中总金属离子浓度范围为0.1～0.5mol/L。
[0023]所述步骤2(1)中，控制电解液pH值在4～4.5过程为：在搅拌状态下，采用氨水或0.1mol/L稀盐酸作为pH调节剂，调节电解液pH值为4～4.5，搅拌速率为200～300rpm。
[0024]所述步骤2(2)中，所使用的泡沫镍尺寸为20mm
×
10mm
×
1mm。使用0.5mol/L稀HCl溶液超声预处理泡沫镍，预处理时间≤20min，目的是去除泡沫镍表层的氧化物，并使用去离子水、无水乙醇反复冲洗多次，在空气中静置干燥待用。
[0025]所述步骤2(2)中，工作电极夹和参比电极夹同时夹到工作电极上；泡沫镍基体需要放入前驱体溶液液面以下1～1.5cm且浸润30s～60s，并与石墨棒保持2～2.5cm的间隔距离。
[0026]所述步骤2(3)中，待沉积时间结束，立刻拿出样品依次使用去离子水、无水乙醇多次超声清洗除掉表面多余沉积物，超声清洗时间优选为5～10min，在空气中静置干燥待用，自然干燥时间≥24h。
[0027]所述步骤3(1)中，恒温加热台温度保持在240℃～250℃，氟化铵质量为2～2.5g，可氟化处理5个尺寸规格为20mm
×
10mm
×
1mm的FeCoNiCuZn高熵合金。
[0028]所述步骤3(2)中，氟化处理时间为60～70s再迅速取出放入去离子水中，并使用去离子水冲洗多次除去表面杂质，并在空气中静置干燥。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂，其特征在于，采用的前驱体溶液中金属离子摩尔比为Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1，其中，10cm3的FeCoNiCuZn高熵合金加入含氟化合物相应的摩尔量为0.054～0.067mol。2.根据权利要求1所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂，其特征在于，含氟化合物为氟化铵。3.根据权利要求1所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂，其特征在于，所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂结构为立方晶系，Fm
‑
3m空间群。4.根据权利要求1所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂，其特征在于，在1mol/LKOH碱性条件下，测得(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂析氢反应在电流密度在10mA
·
cm
‑2时的过电位为21mV，塔菲尔斜率为24.57mV
·
dec
‑1；析氧反应测得电流密度在100mA
·
cm
‑2时的过电位为274mV，塔菲尔斜率为48.86mV
·
dec
‑1。5.一种(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂的制备方法，其特征在于，按金属离子摩尔比Fe
3+
：Co
2+
：Ni
2+
：Cu
2+
：Zn
2+
＝1：1：1：1：1配制前驱体溶液，进行电沉积，在多孔导电泡沫镍基体上形成FeCoNiCuZn高熵合金，并对其氟化处理形成(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂。6.根据权利要求5所述的(FeCoNiCuZn)F高熵氟化物电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，配制前驱体溶液：按照金属离子摩尔比，称取相应的FeCl3·
6H2O、...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐西伟，包阿特尔，王轩宇，张晓燕，谷耀行，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：