[发明专利]RuFeCoNiCu高熵合金纳米粒子催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于新能源材料技术以及电化学催化领域，涉及一种RuFeCoNiCu高熵合金纳米粒子，及其制备方法和在全pH介质中对氮气还原反应的电催化应用。该催化剂利用溶剂热的方法合成高熵合金纳米粒子，然后与科琴黑复合形成催化剂，将复合的材料，涂到1cm²的碳纸上，作为工作电极，在全pH下进行氮气还原反应，皆表现出极好的活性和稳定性。其中以0.1M KOH电解液活性最佳，NH₃产率为58.57μg h^‑1mg^‑1_cat，面积产率为29.28μg h^‑1cm^‑2，法拉第效率为26.4％。

技术领域

本发明属于新能源材料技术以及电化学催化领域，具体涉及RuFeCoNiCu高熵合金纳米粒子催化剂；还涉及该催化剂的制备方法及其在全pH下氮气还原的电催化性能。

背景技术

现代工农业经济的发展与氨的使用密不可分。现代氨的生产方法多种多样，一种方法是生物酶固氮法，另一种是使用催化剂进行人工固氮。利用Haber-Bosch工艺将占大气70％的 N₂转化为NH₃仍然是工业氨生产的重要支柱，但高温和高压条件使该过程增加了能耗，而且排放出的CO₂加剧了温室效应。后来，出现了新的氨生产方法。电催化氮还原反应(NRR) 是一种新型固氮技术，可在相对温和的条件下以N₂和水为原料生成NH₃。由于其环保的特性，它已成为电催化领域的一个新研究热点。电催化过程的中心环节是制备高效催化剂。近年来，已经出现了各种各样的有效电催化剂，其中过渡金属在NRR的发展中起着重要作用，可用于缓解激活强健N≡N键的动力学问题。但是，NH₃的低产量，高电势以及较差的稳定性仍然是NRR面临的最大挑战。

随着材料科学的不断发展，新材料也在不断涌现。高熵合金(HEA)是通过精确控制配位熵，由五个或更多个原子比相同的金属元素合成的。由于其在苛刻条件下的耐腐蚀性和可调节性等独特性能，HEA得到了广泛应用。因此，人们希望HEA能够解决NRR中的上述问题。但是，到目前为止，HEA尚未应用于NRR。

发明内容

针对现有技术的不足以及本领域研究和应用的需求，本发明的目的之一是提供一种 RuFeCoNiCu HEANPs催化剂，在溶剂热条件下，利用羰基物的还原能力，还原金属前驱体获得高熵合金纳米催化剂。本发明的目的之二是提供一种具有高活性和稳定性的NRR电催化剂。

具体包括以下步骤：

RuFeCoNiCu HEANPs的制备