【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水制氢催化剂领域，尤其涉及一种三维连通多孔镍铁铱材料、制备方法及其应用。
技术介绍
1、电催化析氧反应(oer)对于碱性电解水至关重要，有助于解决迫在眉睫的化石燃料短缺和环境污染问题。然而，由于复杂的四电子反应过程会产生高能中间体，导致oer的缓慢反应动力学成为一个巨大的挑战，严重限制了其实际应用。
2、为了克服这些问题，研究人员需要探索高效的oer电催化剂，以降低活化势垒，改善反应动力学，并提高能量转换效率。
3、目前，贵金属基催化剂(如iro2或ruo2)由于高成本和稀缺性的限制，难以在oer中实现大规模应用。因此，许多研究致力于开发非贵金属电催化剂。
4、然而，尽管人们已经做出了巨大努力来开发成本效益高的电催化剂，但其本征电催化活性仍然不能令人满意。
5、为了同时提高多孔非贵金属材料的催化活性和长期稳定性，因此，有必要研发出一种三维双连通多孔电极材料的制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种三维连通多孔镍铁铱材料、制备方法及其应用，以解决解决了如何兼顾贵金属铱用量与催化剂的稳定性，以及如何提高物质传输与交换效率较低的问题。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种三维连通多孔镍铁铱材料，包括：
3、镍铁铱基体，所述镍铁铱基体包括原子百分比为5～7％的ni、原子百分比为2～4％的fe以及原子百分比为1～5％的ir；
4、所述镍铁铱基体为三维多孔结
5、根据本专利技术的第二方面，提供了一种三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，包括：
6、制备ni-fe-zn合金铸锭；其中，所述ni-fe-zn合金铸锭中分别包括：原子百分比为5～7％的ni、原子百分比为2～4％的fe、以及原子百分比为90～95％的zn；
7、对所述ni-fe-zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理，去除所述ni-fe-zn合金铸锭中的zn，以形成三维连通多孔镍铁材料，且所述三维连通多孔镍铁材料中具有若干三维连通的孔隙；
8、在所述三维连通多孔镍铁材料的表面沉积原子百分比为1～5％的铱，形成三维连通多孔镍铁铱材料。
9、可选的，制备ni-fe-zn合金铸锭时采用的方法为：高温真空感应熔炼凝固法，具体包括：
10、将原料放入置于线圈中的坩埚内，在第一真空度下，线圈接通交流电源，施加29.0-31.0的感应电流
11、将所述原料的熔体的温度保持第一时间；
12、将所述ni-fe-zn熔体的温度降至1033k以下，并将所述ni-fe-zn熔体经精炼剂净化；
13、将净化后的ni-fe-zn熔体在真空炉中脱气8-11分钟；
14、通过重力铸造将ni-fe-zn熔体倒入预热至472-474k的铸铁模具中，铸成ni-fe-zn合金铸锭。
15、可选的，对所述ni-fe-zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理之前，还包括：
16、对所述ni-fe-zn合金铸锭进行线切割合处理；包括：
17、将ni-fe-zn的合金铸锭进行机械线切割处理，切为ni-fe-zn的合金薄片；
18、用砂纸对ni-fe-zn的合金薄片的表面进行抛光。
19、可选的，所述ni-fe-zn的合金薄片的厚度为0.8-1.2mm。
20、可选的，通过真空泵管式炉对所述ni-fe-zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理；
21、其中，进行真空气相脱合金处理的过程中，管式炉内气压降至1pa以下，并通入保护气；管式炉温度设置为550～750℃，保温0.5～3h后冷却，以去除所述ni-fe-zn合金铸锭中的锌元素。
22、可选的，进行真空气相脱合金处理过程中采用的所述保护气包括：流速为100～200sccm的氩气，和流速为25～75sccm的氢气。
23、可选的，在所述三维连通多孔镍铁材料的表面沉积原子百分比为1～5％的铱具体包括：
24、将所述三维连通多孔镍铁材料置入氯化铱溶液中浸渍第一时间；
25、将经过浸渍后的三维连通多孔镍铁材料在空气中进行退火处理，以形成所述三维连通多孔镍铁铱材料。
26、可选的，所述氯化铱溶液中氯化铱的浓度为50mmol/l-80mmol/l，浸渍温度为20℃-40℃；所述退火温度为150℃-300℃，退火时间为45-90
27、分钟，退火的气氛为空气，气压为常压。
28、可选的，制备所述ni-fe-zn合金铸锭时采用的ni、fe与zn的质量百分比纯度均为99.99％及以上。
29、根据本专利技术的第三方面，提供了一种如本专利技术第一方面的任一项所述三维连通多孔镍铁铱材料的应用，该三维连通多孔镍铁铱材料用作碱性电解水中的阳极催化剂。
30、本专利技术提供的一种三维连通多孔镍铁铱材料，包括：镍铁铱基体，所述镍铁铱基体包括原子百分比为60～90％的ni、原子百分比为10～40％的fe以及原子百分比为1～5％的ir；所述镍铁铱基体为三维多孔结构，其上形成有若干三维连通的孔隙，其中，所述孔隙由原子百分比为90～95％的zn，经过真空气相脱合金工艺之后形成。首先，由于利用本专利技术提供的技术方案制备的三维连通多孔镍铁铱材料中包含有铱，并通过沉积铱元素改善镍铁的电子结构，极大提高催化剂的耐久性，因而，具有长期稳定性；其次，由于贵金属铱只附着在三维连通多孔镍铁铱材料的表面一层，完美地继承了镍铁的纳米多孔结构，因此铱既有巨大的表面积，又同时具有有极少的负载量；因而仅需原子百分比为1～5％的铱，即可保证三维连通多孔镍铁铱材料稳定性。可见，本专利技术提供的技术方案，降低了贵金属铱用量的同时，还保证了三维连通多孔镍铁铱材料稳定性，又充分，节约了能源，降低了生产成本。同时，又构筑了和高密度的若干三维连通的孔隙，因而，具有了高效传输带，实现了高效、快速的物质传输与交换。可见，本专利技术提供的技术方案，提高了催化剂的长期稳定性，且实现了实现高效、快速的物质传输与交换的技术效果，同时大大降低了铱的用量。相比一般的镍铁铱材料，不仅解决了如何兼顾贵金属铱用量与催化剂的稳定性，以及如何提高物质传输与交换效率较低的问题。由于三维连通多孔镍铁铱材料是通过真空气相脱合金的方式制备出的，因而，还通过真空气相脱合金的方式释放的牺牲元素锌可再回收利用，具有绿色环保、生产成本低、简单易行等优点。
31、进一步地，本专利技术还提供了一种三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，一方面，由于形成的三维连通多孔镍铁铱材料中包含有铱，其中，通过沉积铱元素改善镍铁的电子结构，极大提高催化剂的耐久性；因而，具有长期稳定性。又构筑了小尺寸孔径和高密度的若干三维连通的孔隙，因而，具有了大比表面积带来的高效传输带，以实现高效、快速的物质传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三维连通多孔镍铁铱材料，其特征在于，包括：
2.一种三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，制备Ni-Fe-Zn合金铸锭时采用的方法为：高温真空感应熔炼凝固法，具体包括：
4.根据权利要求3所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，对所述Ni-Fe-Zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理之前，还包括：
5.根据权利要求4所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，所述Ni-Fe-Zn的合金薄片的厚度为0.8-1.2mm。
6.根据权利要求5所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，通过真空泵管式炉对所述Ni-Fe-Zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理；
7.根据权利要求6所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，进行真空气相脱合金处理过程中采用的所述保护气包括：流速为100～200sccm的氩气，和流速为25～75sccm的氢气。
8.根据权利要求7所述的三维连通多孔镍铁铱材
9.根据权利要求8所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，所述氯化铱溶液中氯化铱的浓度为50mmol/L-80mmol/L，浸渍温度为20℃-40℃；所述退火温度为150℃-300℃，退火时间为45-90分钟，退火的气氛为空气，气压为常压。
10.根据权利要求9所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，制备所述Ni-Fe-Zn合金铸锭时采用的Ni、Fe与Zn的质量百分比纯度均为99.99％及以上。
11.一种如权利要求1-10任一项所述三维连通多孔镍铁铱材料的应用，其特征在于，该三维连通多孔镍铁铱材料用作碱性电解水中的阳极催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种三维连通多孔镍铁铱材料，其特征在于，包括：
2.一种三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，制备ni-fe-zn合金铸锭时采用的方法为：高温真空感应熔炼凝固法，具体包括：
4.根据权利要求3所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，对所述ni-fe-zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理之前，还包括：
5.根据权利要求4所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，所述ni-fe-zn的合金薄片的厚度为0.8-1.2mm。
6.根据权利要求5所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，通过真空泵管式炉对所述ni-fe-zn合金铸锭进行真空气相脱合金处理；
7.根据权利要求6所述的三维连通多孔镍铁铱材料的制备方法，其特征在于，进行真空气相脱合金处理过程中...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘攀，张棋雯，王鑫垚，吴灏斐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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