[发明专利]一种去合金化处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法

说明书

本发明公开了一种去合金化处理提高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基非晶合金浸泡在浓度为0.5～10mol/L的强碱溶液中去合金化处理1～600min。所述Fe基非晶合金的组成为：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤81，2≤n≤30，5≤p≤30且m+n+p＝100。本发明在碱液下进行去合金化处理，由于零价态铁在碱液中被腐蚀后选择性脱合金，导致脱合金区域体积发生收缩，从而使非晶合金圆片表面产生纳米多孔结构和具有HER催化能力的Fe(OH)₃/FeOOH纳米晶；多界面反应与Fe(OH)₃/FeOOH纳米晶显著提升的Fe基非晶合金HER催化活性，降低析氢反应的过电位。

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，具体涉及一种去合金化处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。

背景技术

随着全球人口的增加，工业化和城市化的发展，能源需求迅速增长。当前，全世界能源消耗主要来自不可再生资源，即煤炭，天然气和石油，然而这些能源的使用也导致了严重的环境问题(全球变暖)，经济问题和政治危机；并且这些资源是有限的，其在全世界范围内的储备正在枯竭，所有我们急需去寻找一种绿色，可持续的替代能源。分子氢(H₂)具有最高的重量能量密度(142MJ kg^-1)，并且其燃烧产物为绿色无污染的水，因此它被认为是未来最理想的清洁能源。地球上氢储备十分丰富，但大部分的氢都储存在水分子(H₂O)中，因此，电解水是我们从水分子中获取氢的最直接手段；随着我们对再生能源(太阳能，风能，潮汐能等)利用率的提高，用再生能源电解水制取清洁能源H₂的可持续循环不再是理论构想；然而，由于电解水反应的能垒太高，制取1LH₂需要消耗4.8W.h的能量，而完全燃烧1LH₂所产生的能量只有2.9W.h，能量转换率只有60-70％，在克服能垒的过程中消耗掉了近30％的能量，因此我们急需一种可以降低电解水反应能垒的催化剂。

目前而言，贵金属，尤其是Pt，仍是最优的HER催化剂，然而贵金属十分昂贵，且地球储量少，这注定了其无法大量运用于工业生产中，因此我们需要去寻找一种地球储量丰富，经济和高效的新型HER催化剂；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，所以具有极高的耐腐蚀性；并且得益于非晶合金独特的元素与成分起伏，其表面拥有众多可以发生析氢反应的活性位点，以上特性使得非晶合金是目前最理想的替代贵金属Pt的新型催化剂。Fe基非晶态合金在上世纪80年代已实现工业化生产，是目前制作工艺最成熟稳定的非晶合金之一，成熟的制作工艺加上地球储备丰富的Fe,Si,B元素，意味着高效稳定的性能与低成本的完美结合。虽然Fe基非晶态合金表面也同样具备众多可以发生析氢反应的活性位点，然而其起始活性对比起贵金属Pt仍有较大差距。

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去合金化处理提高Fe基非晶合金电解水析氢催化活性的方法。该方法利用去合金化处理Fe基非晶合金，可以有效降低Fe基非晶合金的析氢过电位，提高在碱性环境下的电解水析氢催化活性。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种去合金化处理提高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基非晶合金浸泡在浓度为0.5～10mol/L的强碱溶液中去合金化处理1～600min。

优选的，所述强碱溶液为NaOH溶液和KOH溶液中的至少一种。

优选的，所述Fe基非晶合金组成为：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤81，2≤n≤30，5≤p≤30且m+n+p＝100。

更优选的，所述76≤m≤80，9≤n≤13，9≤p≤13且m+n+p＝100。