【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种cucealagfe高熵合金纤维催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、自工业革命以来，人类对能源的需求量大大增加，造成传统化石燃料的大量消耗和使用，进而导致大气中二氧化碳浓度的急剧增加，引起温室效应和全球变暖等一系列环境问题。为了解决能源危机和保护环境，开发和利用可再生能源成为必经之路。
2、二氧化碳是完成地球碳循环的主要物质，也是温室效应产生的罪魁祸首，如果能将其转化为有价值的化学品，不仅能够直接降低大气中二氧化碳的含量，同时产生的化学品也能够作为清洁能源来替代化石能源。到目前为止，已经有各种方法用于将二氧化碳转化为其他化学物质，包括传统热催化、生物催化、光催化和电催化还原等技术。其中，电催化还原是最有效以及最有潜力的转化方式。但由于其如法拉第效率低、施加电位高、选择性差及反应速率慢等缺点，电还原二氧化碳的工业化普及并不理想。
3、最早由hori课题组于1980年首次提出并研究铜催化剂用于电化学还原二氧化碳，其反应产物包含了一氧化碳，甲酸，甲烷，乙烯，甚至于一些c3、c4的大分子化合物。然而铜对于很多二氧化碳还原的产物不具备高选择性，这阻碍了其大规模的工业化使用。因此，制备出高活性、高稳定性、高选择性的铜基催化剂是目前的研究热点。近年来，研究人员提升催化剂性能的方式主要有调控其表面结构和缺陷、合金化、纳米化、调控铜离子价态等。
4、高熵合金是一种由多种元素组成的均匀固溶体材料，与传统合金相比，它因具有更高的熵值(熵是指物质中原子或分子的无序程度)而得名。高熵合金具有高硬
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有铜基催化剂成本高昂、产物选择性和催化活性不高的问题，而提供一种具有高催化活性且成本较低可大批量生产的cucealagfe高熵合金纤维作为二氧化碳电还原催化剂。
2、本专利技术电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂为cucealagfe高熵合金纤维，按照原子百分数计，该高熵合金的化学通式为cu20ce20al20ag20fe20。
3、本专利技术电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法按照以下步骤实现：
4、一、按照原子百分含量cu20ce20al20ag20fe20的化学式，取各金属单质作为原料；
5、二、将步骤一中的原料放入真空电弧熔炼炉中，抽真空后充入氩气进行保护，先熔炼炉中的纯钛以去除熔炼炉中残余的氧气，然后引弧熔炼金属单质原料，重复熔炼多次，得到母合金铸锭；
6、三、将步骤二中的母合金铸锭熔化吸铸成合金棒；
7、四、将合金棒放入熔体抽拉设备中，启动机械泵和分子泵抽真空，并充入氩气保护，设置铜轮转速并启动，对合金棒感应加热熔化，启动合金棒的进给，熔体抽拉得到高熵合金纤维。
8、本专利技术电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的应用是将cucealagfe高熵合金纤维作为催化剂，在碳酸氢钾水溶液中电化学还原二氧化碳得到合成气。
9、本专利技术将cucealagfe高熵合金纤维作为催化剂，制备得到的合成气是以一氧化碳和氢气为主要组分，用作化工原料的一种原料气，通过改变co和h2等组分的比例，可以转化成多种燃料以及化学物质。目前，具有高co选择性的催化剂大多为贵金属基催化剂(如au，pd等)，且其制备方式及稳定性均不满足工业化生产的要求。因此，开发低成本，高稳定，易于生产制备的电催化材料是大规模生产合成气的重要因素。
10、本专利技术电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂为cucealagfe高熵合金纤维，优化高熵合金材料的成分，其中cu是目前在二氧化碳还原方面最具应用前景的材料，具有成本低、产物多等特点；ag具有稳定吸附*cooh中间体的能力，但对于*co的吸附能力较弱，使得生成的co更容易从电极表面脱离，因此具有较高的co选择性；ce、fe等元素则能改善催化剂c-c耦合能力，从而提高其催化效率。
11、本专利技术电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂使用熔体抽拉装置进行制备，利用高速旋转的楔形铜辊直接从熔体中抽拉成形，靠熔体自身表面张力、重力综合作用成丝。其优点在于操作简单、耗时短、可一次性大量生产等，具有良好的工业化应用前景。同时，高熵合金纤维催化剂可作为自支撑电极，无需二次处理，可以直接作为工作电极使用。催化剂表面直接与电解液中的二氧化碳接触，可以提供更大的电化学面积，从而暴露更多有效的活性位点，有利于反应物的扩散和产物的解吸。
12、本专利技术通过利用高熵合金的鸡尾酒效应和协同效应，在降低催化剂成本的同时，提高了二氧化碳电还原的催化性能，具有良好的工业化应用潜力。
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1.电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂，其特征在于该电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂为CuCeAlAgFe高熵合金纤维，按照原子百分数计，该高熵合金的化学通式为Cu20Ce20Al20Ag20Fe20。
2.根据权利要求1所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂，其特征在于高熵合金纤维的长度为4～10cm，纤维的直径为30～60μm。
3.电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：
4.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中金属单质的纯度高于99.9％。
5.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中抽真空至6.6×10-3Pa以下后充入氩气进行保护。
6.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中重复熔炼4～5次。
7.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤三中得到的合金棒的直径为1～2cm，长度为3～5cm。
8.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中控制铜轮转速为1400～1500r/min。
9.如权利要求1所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的应用，其特征在于将CuCeAlAgFe高熵合金纤维作为催化剂，在碳酸氢钾水溶液中电化学还原二氧化碳得到合成气。
10.根据权利要求9所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的应用，其特征在于碳酸氢钾水溶液的浓度为0.5～3mol/L。
...【技术特征摘要】
1.电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂，其特征在于该电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂为cucealagfe高熵合金纤维，按照原子百分数计，该高熵合金的化学通式为cu20ce20al20ag20fe20。
2.根据权利要求1所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂，其特征在于高熵合金纤维的长度为4～10cm，纤维的直径为30～60μm。
3.电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：
4.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中金属单质的纯度高于99.9％。
5.根据权利要求3所述的电还原二氧化碳高熵合金纤维催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中抽真空至6.6×10-3pa以下后充入氩气进行保护。...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜思达，狄靖，梁维中，宁志良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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