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FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法及其应用技术

技术编号:40544104 阅读:5 留言:0更新日期:2024-03-05 19:00
本发明专利技术公开了一种FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法及其应用。其中,公开的制备方法以下步骤:根据FeCoNi基高熵合金的组成配制相应金属盐的前驱体溶液;将碳载体在水中超声分散,得到载体悬浮液;将载体悬浮液和前驱体溶液混合均匀后进行真空冷冻干燥,得到冷冻干燥样品;将冷冻干燥样品在还原性气氛或惰性气氛下微波加热,得到FeCoNi基高熵合金纳米催化剂。本发明专利技术通过微波法快速、高效地制备了FeCoNi基高熵合金纳米催化剂,在碱性环境下具有很好的氧析出电催化活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电解水制氢催化剂领域,具体涉及feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法及其应用。


技术介绍

1、氢能作为一种储量丰富、热值高、能量密度大来源多样的绿色能源,被誉为21世纪的“终极能源”。目前工业制氢方法主要有化石燃料制氢、工业副产物制氢与电解水制氢等,化石燃料制氢与工业副产物制氢因其二氧化碳排放高和无法避免的环境污染等问题使得此种制氢方法不可持续,也不是最佳方案。而电解水制氢因其可持续、低污染的优势,是目前相对来讲更优的一种制氢方式。

2、电解水制氢方法基于电化学原理,通过在水中加入电解质,然后在两个电极之间通电,使水分子分解成氢气和氧气。在电解水制氢的过程中,水分子在电解质的作用下被分解成氢离子和氧离子,随后这些离子会沿着电场方向移动,直到到达两个电极。在这些电极的表面上,氢离子得到电子,然后与另一个氢离子结合形成氢气(her);同时氧离子失去电子,结合形成氧气(oer)。在整个的水分解过程中,阳极析氧反应(oer)由于其多电子转移过程,动力学反应缓慢,是制约整个水电解装置效率的关键因素。因而设计高效oer电催化剂是降低水电解反应过电势的关键。

3、目前,最有效的oer催化剂依然是贵金属铱和钌的氧化物(iro2和ruo2等),但它们的稀缺性和高成本严重限制了其大规模应用。因此,研究人员一直在寻找更具性价比的替代品。一些具有显著oer活性的材料包括钙钛矿、尖晶石、层状结构类型材料、金属硫化物、金属氮化物、金属有机化合物和非金属电催化剂等。这些材料中的许多在实验条件下表现出优秀的oer性能,但也有各自的优缺点。例如,钙钛矿虽然活性高且稳定性好,但制备过程复杂且成本较高;尖晶石材料虽然稳定性好,但活性较低;层状结构类型材料虽然活性高,但稳定性较差;金属硫族化物虽然活性高且稳定性好,但制备成本高且对环境有害;金属氮族化物虽然活性高且稳定性好,但制备成本高且对环境有害;金属有机化合物虽然活性高且稳定性好,但制备成本高且对环境有害;非金属电催化剂虽然活性高且稳定性好,但制备成本较高。

4、高熵合金(hea)是由4种或更多的金属元素组成的具有一定构型熵的新型催化材料。由于其具有多种元素和原子比例混合的特性,能够产生多种电化学反应路径,从而提高oer活性;且通过改变高熵合金中元素的种类和比例,可以调控其电子结构,从而使其使用于不同条件的oer反应;此外,高熵合金本身具有良好的稳定性以及抗过氧化特性,使其可以在较宽的温度范围和酸碱度内保持稳定。并且,高熵合金相较于其他oer催化剂,成本更低,制备方法简单,可以更容易的进行改性,具有良好的应用前景。

5、然而,作为一种同样重要的催化剂体系,高熵合金催化剂中活性中心及其活性来源的准确鉴定被大大忽视。并且,由于缺乏设计合理活性位点的指南,高熵合金中多个活性位点与反应中间体之间的关系仍然模糊不清;此外,传统方法主要生产块状的高熵合金(hea)而不是纳米结构。因此,将纳米结构高熵合金(hea)用于oer反应已成为一项新的研究。


技术实现思路

1、本专利技术的主要目的是提供一种feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法及其应用。

2、具体的,本专利技术的第一方面公开了一种feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,包括以下步骤:

3、根据所述feconi基高熵合金的组成配制相应金属盐的前驱体溶液;

4、将碳载体在水中超声分散,得到载体悬浮液;

5、将所述载体悬浮液和所述前驱体溶液混合均匀后进行真空冷冻干燥,得到冷冻干燥样品;

6、将所述冷冻干燥样品在还原性气氛或惰性气氛下微波加热,得到feconi基高熵合金纳米催化剂。

7、进一步地,所述微波加热的时间为2~6mins。

8、进一步地,所述微波加热的频率为2000~3000mhz。

9、进一步地,所述还原性气氛为h2与ar混合气氛。

10、进一步地,所述混合气氛中h2的体积比为5~10%。

11、进一步地,所述碳载体为由石墨烯和碳纳米管组成的复合载体。

12、进一步地,所述复合载体中石墨烯与碳纳米管的质量比为2:3。

13、进一步地,所述feconi基高熵合金为feconimopt高熵合金。

14、进一步地,所述前驱体溶液中fe、co、ni、mo和pt金属盐的摩尔比为5:5:5:2.5:1。

15、本专利技术的第二方面公开了前述微波制备方法得到的feconi基高熵合金纳米催化剂在碱性oer反应中的应用。

16、本专利技术的技术方案具有如下有益效果:

17、本专利技术以微波加热以制备feconi基高熵合金纳米催化剂,不仅具有简便快捷、效率高的优点,而且所制备的催化剂具有极佳的碱性oer电催化性能。

18、在进一步的技术方案中,通过对微波加热气氛、高熵合金的组分/比例以及催化剂碳载体进行优化,实现了feconi基高熵合金纳米催化剂oer电催化性能的有效提升。

19、为了更清楚地说明本专利技术的目的、技术方案和优点,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。

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【技术保护点】

1.一种FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述微波加热的时间为2~6mins。

3.根据权利要求1所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述微波加热的频率为2000~3000MHz。

4.根据权利要求1所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述还原性气氛为H2与Ar混合气氛。

5.根据权利要求4所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述混合气氛中H2的体积比为5~10%。

6.根据权利要求1所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述碳载体为由石墨烯和碳纳米管组成的复合载体。

7.根据权利要求6所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述石墨烯与所述碳纳米管的质量比为2:3。

8.根据权利要求1所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述FeCoNi基高熵合金为FeCoNiMoPt高熵合金。

9.根据权利要求8所述的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述前驱体溶液中Fe、Co、Ni、Mo和Pt金属盐的摩尔比为5:5:5:2.5:1。

10.权利要求1-9任一项的微波制备方法得到的FeCoNi基高熵合金纳米催化剂在碱性OER反应中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述微波加热的时间为2~6mins。

3.根据权利要求1所述的feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述微波加热的频率为2000~3000mhz。

4.根据权利要求1所述的feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述还原性气氛为h2与ar混合气氛。

5.根据权利要求4所述的feconi基高熵合金纳米催化剂的微波制备方法,其特征在于:所述混合气氛中h2的体积比为5~10%。

6.根据权利要求1所述的feconi基高熵...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡觉张呈旭
申请(专利权)人:昆明理工大学
类型:发明
国别省市:

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