[发明专利]一种Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Fe‑Co‑Mo‑P‑C系非晶合金电催化剂及其制备方法和应用，其成分为Fe_xCo_yMo_80‑x‑yP_20‑zC_z，其中x、y、z分别为Fe元素、Co元素和C元素的原子百分数，10≤x≤40，10≤y≤40，0≤z≤15。本发明的电催化剂通过熔体旋淬法制得，在较宽的成分范围内均表现出优异的玻璃化形成能力以及良好的电催化活性，是良好的析氢反应电催化剂，具有广泛商业化应用前景。

技术领域

本发明涉及非晶态合金带材的电催化应用，具体涉及一种Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金电催化剂及其制备方法和应用

背景技术

随着能源危机以及环境污染的日益加剧，各种新能源和可再生能源的开发已受到世界各国的高度重视，而氢气作为二次能源以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最为理想的能源载体。在目前的众多制氢技术中，电解水制氢对于未来解决能源危机和环境问题具有极大的价值。催化在有效的工艺和系统的设计中起着至关重要的作用，能够最大限度地提高原料的价值，同时可以减少废物产生和能源需求。

在析氢反应电催化剂研究的早期，人们关注对象主要是Pt、Pd等贵金属材料。贵金属材料由于高昂的成本以及稀缺性限制了本身的广泛商业应用。随着近年来的研究发展，为了避免高昂的使用成本，过渡金属合金及其氮化物、硼化物、碳化物、硫化物以及磷化物在析氢反应电催化方面的研究受到了广泛的重视。一系列过渡金属化合物被制备出来并展现出优异的电催化性能。此后相关的材料一直成为电催化材料的研究热点。

非晶材料，如金属玻璃(也被称为玻璃金属或合金)，由于在腐蚀介质中具有很好的稳定性以及高催化活性，因而被大家认为是一种潜在的电催化剂。而且铁基纳米材料也已被大量实验证实符合低的成本效益，并且具有良好的耐腐蚀特性与电催化活性。与一般的湿化学方法合成的材料不同，金属玻璃通常通过熔体旋淬法大规模生产，能够实现广泛商业化应用。鉴于金属玻璃的优良性能，包括优异的机械性能、低廉的生产成本以及良好的耐腐蚀性，设计一种基于过渡金属Fe基的非晶合金实现高的析氢电催化活性的催化剂是当下迫切需要的。实验结果表明非晶合金材料是一种很好的电催化剂，在酸性溶液中具有高电催化活性和长期稳定性。基于其优越的机械性能和低的生产成本，目前Fe-Co-Mo-P-C可能代表了一种新型的电催化剂材料，具有极大的商业应用前景。

发明内容

本发明的目的是制备出一系列具有优异电催化活性以及高稳定性的Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金带材用于高效析氢反应，从而解决现有电催化剂电流密度低、过电位高、稳定性差的问题。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了一种Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金电催化剂，其特点在于：所述电催化剂为Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金带材，其成分为Fe_xCo_yMo_80-x-yP_20-zC_z，其中x、y、z分别为Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金带材中Fe元素、Co元素和C元素的原子百分数，10≤x≤40，10≤y≤40，0≤z≤15。

优选的，所述的Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金带材的厚度范围为10-50μm。

本发明Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)原材料的处理

以纯度不低于99.90wt.％的Fe、Co、Mo金属单质，及纯度不低于99.00wt.％的C粉、P粉作为原料；

通过机械打磨、除油(碱洗除油或电解除油)、酸洗除去Fe、Co、Mo金属单质表面的氧化物和油脂物质，保证原材料表面无其他杂质；

(2)母合金锭的制备