基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，具体为：熔炼前驱体金属形成具有

【技术实现步骤摘要】
基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于催化材料制备
，具体涉及基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，高熵合金
(High
‑
entropy alloys
，
HEAs)
因其独特的微观结构
、
优异的热稳定性
、
突出的结构稳定性和对各种反应的催化活性
(
包括析氢
、
析氧
、
氧还原
、
二氧化碳还原
、
氨分解等
)
，进而引起了研究者们对电
/
热催化清洁能量转换的开发和应用的极大兴趣
。
[0003]HEAs
作为新兴材料，包含近等原子百分比的五个或更多元素
。
高熵有利于增强具有多种结构的无规单相固溶体的形成和稳定性，例如面心立方
(FCC)
，体心立方
(BCC)
，六方密堆积
(HCP)
和斜方晶
。
然而，由于多组分
HEAs
及其相互作用的复杂性，使其目前仍存在着许多问题和挑战，如高熵合金的合成方法普遍较为复杂，少数相对简单的合成方法只适用于金属还原电势较高
、
易制备的高熵合金；高熵合金催化剂潜在的催化性能没有被充分地挖掘，性能并不是十分优异
。
因此，更加合理地设计高熵合金催化剂并且进行能进行大规模生产，最终获得低成本和高催化活性的
HEAs
催化剂极为必要
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，通过超低温处理实现对
HEAs
催化剂表面晶面取向的调控，从而提高
HEAs
催化剂的催化性能
。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1，熔炼前驱体金属形成具有
FCC
晶体结构的
HEAs
锭；
[0007]步骤2，采用熔体快淬或压延法将
HEAs
锭制成
HEAs
薄带或薄片；
[0008]步骤3，将步骤2获得的
HEAs
薄带或薄片放置超低温介质中进行超低温处理，然后在室温下进行回温，重复进行超低温和回温处理1‑5次，即可得到具有高催化性能的
HEAs
催化剂
。
[0009]本专利技术的特点还在于，
[0010]步骤1中，具体为：
[0011]将贵金属丝
、
金属丝分别置于丙酮溶液中，进行超声清洗，然后用乙醇超声清洗，干燥，将贵金属丝
、
金属丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成
HEAs
锭
。
[0012]金属丝为
Ni
丝
、Fe
丝
、Ce
丝
、Cu
丝
、Al
丝
、Sn
丝
、Pb
丝
、Ca
丝中的任意四种或四种以上；贵金属丝为
Pt
丝
、Pd
丝
、Ag
丝中的任意一种或多种
。
[0013]电弧熔炼的工艺参数：电流为
90
‑
120A
，加热温度为
800
‑
1200℃
，反复熔炼次数为4次
。
[0014]步骤2中，压延法具体为：将步骤1所得
HEAs
锭切割或压延成厚度为
0.1mm
‑
1mm
的薄片，之后依次在丙酮
、
乙醇溶液中超声清洗，干燥后，得到
HEAs
薄片
。
[0015]步骤2中，熔体快淬法具体为：将步骤1制得的
HEAs
锭破碎后放入石英管中，进行电流感应加热至熔融状态后，将熔化的
HEAs
液体以
600
‑
2500rpm
的转速用氩气吹到旋转的水冷铜辊上，瞬间冷却固化形成
HEAs
薄带
。
[0016]步骤3中，超低温处理时间为2‑
48h
，回温时间为4‑
24h
；超低温介质为液氮或液氩
。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术的高熵合金
(HEAs)
力学性能优异
、
电导率高
、
稳定性强，可有效降低贵金属的使用量；同时，凭借碱金属与贵金属以及贵金属与贵金属间的界面协同作用，使催化性能得到显著提高
。
此外，超低温处理操作简单易行，可以细化晶粒，调控
HEAs
表面晶面取向，这将进一步显著提升催化剂的催化性能
。
利用上述方式制得的高性能
HEAs
催化剂具有成分可控
、
稳定性强
、
制备过程简单
、
催化效果良好
、
力学性能佳等优点
。
附图说明
[0018]图1是本专利技术催化剂样品的平面扫描电镜照片；
[0019]图2是本专利技术不同转速催化剂样品在甲醇中的
CV
曲线图；
[0020]图3是本专利技术不同超低温处理次数催化剂样品在甲醇中的
CV
曲线图；
[0021]图4是同等测试条件下商用
Pd/C
催化剂在碱液的
CV
曲线图；
[0022]图5是同等测试条件下商用
Pd/C
催化剂在甲醇中的
CV
曲线图
。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施方式和附图对本专利技术进行详细说明
。
[0024]本专利技术基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0025]步骤1，熔炼前驱体金属形成具有
FCC
晶体结构的
HEAs
锭；
[0026]具体为：将贵金属丝
、
金属丝分别置于丙酮溶液中，进行超声清洗，去除表面油污，然后用乙醇超声清洗，干燥后，将贵金属丝
、
金属丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成
HEAs
锭；
[0027]金属丝为
Ni
丝
、Fe
丝
、Ce
丝
、Cu
丝
、Al
丝
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，熔炼前驱体金属形成具有
FCC
晶体结构的
HEAs
锭；步骤2，采用熔体快淬或压延法将
HEAs
锭制成
HEAs
薄带或薄片；步骤3，将步骤2获得的
HEAs
薄带或薄片放置超低温介质中进行超低温处理，然后在室温下进行回温，重复进行超低温和回温处理1‑5次，即可得到具有高催化性能的
HEAs
催化剂
。2.
根据权利要求1所述的基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，具体为：将贵金属丝
、
金属丝分别置于丙酮溶液中，进行超声清洗，然后用乙醇超声清洗，干燥，将贵金属丝
、
金属丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成
HEAs
锭
。3.
根据权利要求2所述的基于超低温处理强化的高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述金属丝为
Ni
丝
、Fe
丝
、Ce
丝
、Cu
丝
、Al
丝
、Sn
丝
、Pb
丝
、Ca
丝中的任意四种或四种以上；所述贵金属丝为
Pt
丝
、Pd
丝
、Ag
丝中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘禹松，宋衍滟，胡泳池，胡家俊，赵钰淳，宋旭辉，尹雷，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：