[发明专利]一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法

说明书

本发明公开了一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。所述方法为：将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。所述Fe基非晶合金组成为：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。本发明将非晶合金圆片在室温下进行高压扭转处理，从而使非晶合金圆片由应力诱导特殊纳米晶化，产生Fe₂B、Fe₃Si等具有HER催化能力的纳米晶相，可有效降低碱性环境中的析氢过电位，且材料制备工艺简单，时间短，能耗和成本低。

技术领域

本发明属于Fe基非晶合金材料电解水析氢的技术领域，具体涉及一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。

背景技术

由化石燃料大量燃烧引起的环境污染，全球变暖和能源危机等问题已成为世界关注的焦点，因此建立一个全球规模的清洁可持续能源系统是人类面临的最大挑战。除了开发低成本的储能系统外，另一个解决方案是将这些可再生能源转化为易于存储和运输的化学燃料。分子氢(H₂)与其他燃料相比具有最高的重量能量密度(142MJ·kg^-1)，并且其燃烧产物仅为绿色无污染的水，因此被提议作为未来能源供应的潜在候选者。

目前来说，商业电解系统的能量转换效率约为56-73％，有约三成的能量在克服能垒过程中损耗掉了，为了解决这个问题，必须选择合适的催化剂来提高能量转换效率。贵金属催化剂仍然是HER和OER的最有效催化剂，而Pt是HER的最优催化剂，然而贵金属Pt价格昂贵，地球储量稀少，这些特性注定了其无法在工业生产中大规模使用，因此，开发地球上资源丰富的，经济和高效的电解水高活性催化剂成为各国发展新能量系统的首要任务之一。而非晶合金由于其非晶态结构，没有易发生腐蚀的位错和晶界，所以其对比起其他晶态合金具有极高的耐腐蚀性，并且由于非晶合金表面的

元素起伏，所以其表面拥有众多活性位点，以上特性使得非晶合金是目前最有潜力替代贵金属Pt的优质新型催化剂。虽然Fe基非晶态合金同样具有稳定性高和活性位点多等非晶态催化剂的特点，但其起始催化活性偏低。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种塑性变形(HPT)处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。该方法利用剧烈塑性变形处理Fe基非晶合金，可以有效降低Fe基非晶合金的析氢过电位，显著提高在碱性环境下对电解水析氢的催化性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种塑性变形处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法，包括以下步骤：

将Fe基非晶合金进行高压扭转处理1～100圈，其中高压扭转处理的接触压力为0.1～10000KPa，扭转转速为0.1～100rpm。

优选的，所述Fe基非晶合金组成为：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。

更优选的，所述77≤m≤79，8≤n≤11，11≤p≤14且m+n+p＝100。

优选的，所述Fe基非晶合金为1～100片直径厚度d＝0.01～0.5mm的Fe基非晶合金圆片。

更优选的，所述Fe基非晶合金为10～50片直径厚度d＝0.02mm的Fe基非晶合金圆片。

优选的，所述Fe基非晶合金圆片由宽度为6～12cm、厚度为0.01～0.5mm、长度为5～20cm的Fe基非晶合金薄带裁剪得到。

优选的，所述Fe基非晶合金薄带由以下方法制备得到：