[发明专利]一种电催化制氢多孔高熵合金电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种电催化制氢多孔高熵合金电极材料及其制备方法，包括以下步骤：S1、先将钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钼粉进行混合，用行星式球磨机球磨均匀，再加入镁粉继续用行星式球磨机球磨均匀，最后采用压样机将上述混合粉末压制成样坯；S2、将样坯置于多晶莫来石纤维保温桶中，然后再将保温桶放入微波烧结炉中进行微波烧结；S3、先关闭微波随炉冷却，再关闭微波烧结炉，使试样随炉冷却至室温，获得多孔高熵合金；S4、采用循环伏安法对多孔高熵合金进行电化学活化处理，得到多孔高熵合金电极材料。本发明制备得到的多孔高熵合金电极材料具有三维多孔自支撑结构、高强度、活性比表面积大、过电位低、tafel斜率小、耐腐蚀等优点。

技术领域

本发明涉及高熵合金催化、储能应用技术领域，具体涉及一种电催化制氢多孔高熵合金电极材料及其制备方法。

背景技术

当前，将太阳能、风能等清洁能源转化为氢能能够极大的解决能源危机和温室效应而受到广泛关注，而电解水制氢是氢气生产的主要方式，理论上电解水需要的电压为1.23V，实际工业上电解水需要1.8~2V左右。铂及铂基材料是最理想的电极材料，但其储量稀少，价格昂贵，不适合工业上应用，因此迫切需要新的廉价电极材料降低其过电位。

近年来，人们将电催化电极材料的研究重点放在过渡族金属的氧化物、硫化物、氢氧化物、磷化物等廉价催化材料上。过渡族金属具有成本相对低廉、资源丰富等优点，但是过渡族金属耐蚀性差、析氢过电位较高、导电性差、活性位点少等问题，限制了其商业化应用的价值。

高熵合金作为合金界的新秀，其独特的鸡尾酒性能具有意想不到的特性，以过渡族元素制备的高熵合金具有优异的耐蚀性和潜在的催化活性。目前，采用高熵合金作为电解水制氢电极材料的方面研究较少，但是已有人采用真空熔炼法成功制得高熵合金，在电化学实验中具有不错的过电位和tafel斜率。采用熔炼法需要熔炼多次才能得到成分相对均匀的合金，成本较高，能耗大；另外，熔炼法制备的电极合金非常致密，电极的活性比表面积较小，催化活性仍然偏低。

微波烧结是近年来发展飞快的一种材料制备手段，微波加热的效率高，比传统方法(气氛或真空烧结)省电30%～70%。微波烧结技术是利用微波的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的粉末冶金快速烧结方法。与常规烧结相比，微波烧结具有烧结温度低、保温时间短、加热均匀等特点，可以有效抑制晶粒的长大，细化合金的显微组织，有利于改善烧结体的性能。目前，微波烧结技术在烧结致密金属材料方面的应用较多，但用微波烧结法制备高熵合金在国内少有报道，在国内外采用微波烧结法制备电解水制氢用多孔高熵合金电极材料迄今为止更是从未有过报道。

发明内容

为解决国内外目前还没有利用微波烧结制备电解水制氢用多孔高熵合金电极材料的问题，本发明第一方面提供了一种电催化制氢多孔高熵合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、先将钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钼粉进行混合，用行星式球磨机球磨均匀，再加入镁粉继续用行星式球磨机球磨均匀，最后采用压样机将上述混合粉末压制成样坯；

S2、将步骤S1压制好的样坯置于多晶莫来石纤维保温桶中，然后再将保温桶放入微波烧结炉中进行微波烧结；

S3、先关闭微波随炉冷却，再关闭微波烧结炉，使试样随炉冷却至室温，获得多孔高熵合金；

S4、采用循环伏安法对步骤S3获得的多孔高熵合金进行电化学活化处理，得到多孔高熵合金电极材料。

其中，所述钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钼粉的原子比为35:15:20:20:10，纯度不小于99.5%，粒径在1~100μm之间。

其中，所述镁粉的质量百分比为钴粉、铬粉、铁粉、镍粉、钼粉和镁粉总质量的5~30%。

其中，所述步骤S1中，先将钴粉、铬粉、铁粉、镍粉和钼粉的混合物球磨4~8h，再加入镁粉继续球磨1~3h，转速为200~300 r/min。