[发明专利]一种碳材料载纳米尺度多元合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳材料载纳米尺度多元合金的制备方法，该方法包括以下步骤：一、将碳材料原料改性后和合金前驱体盐配制，得到稳态胶体溶液；二、将稳态胶体溶液雾化干燥，得到改性碳材料原料载前驱体纳米粒子；三、将改性碳材料原料载前驱体纳米粒子煅烧还原，得到粉末态的碳材料载纳米尺度多元合金。本发明将改性后的碳材料原料和合金前驱体盐配制并进行雾化干燥，使合金前驱体盐形成纳米粒子并均匀负载在碳材料原料表面，然后进行煅烧还原，得到碳材料载纳米尺度多元合金，纳米尺度多元合金均匀的分散在碳材料表面，形成单相结构或多相结构，具有比表面积高、金属活性位点多和物相结构稳定的优点，在催化材料领域具备优异的应用潜能。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳材料载纳米尺度多元合金的制备方法。

背景技术

多元合金纳米粒子作为热点材料被国内外科研工作者广泛研究，由于其具有优异的物理和化学性能，而被大量的应用在催化和能源存储等领域。一般将更多的金属元素混合在一起形成纳米合金材料，其性能有望超越单一合金或低元合金纳米粒子。目前获得多元合金纳米粒子最主要的方法为液相化学法，该方法在制备各种形貌、粒径大小和相组成的多元合金纳米粒子方面具有明显的优势。然而，大多数有关液相化学法的研究报告表明，采用液相化学法制备多元合金纳米粒子的合金组成一般不会超过4种，所以该方法限制了5种元素以上合金纳米粒子的合成，也阻碍了多元合金纳米粒子的发展空间。所以目前在在制备元素组成在4种或4种以上的多元合金纳米粒子领域还面临挑战。

高熵合金是由我国台湾学者叶均蔚教授在1996年研究非晶合金的基础上，突破传统合金设计模式首次提出的，在2004年将其定义为高熵合金，高熵合金的设计是一种新型的理念，是由五种以上金属元素组成的合金，合金中每种金属元素的摩尔数与合金的总摩尔数的比介于5％和35％之间，一般由单相固溶体或两相结构组成，而不存在金属间化合物相或其他复杂相，目前超过四种金属元素组成的纳米尺度多元合金(包含高熵合金)的制备依旧是一项挑战。

纳米尺度多元合金和纳米尺度高熵合金在粒径尺寸上为纳米级，具有高比表面积和暴露多的金属活性位点，以及稳定的物相结构，由单相固溶体或多相结构组成。其中，纳米尺度高熵合金具有高熵合金特性(高熵效应、原子迟滞扩散效应、严重晶格畸变效应、鸡尾酒效应和高温稳定效应)和纳米粒子特性(表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)，所以表现出优异的物理化学性能，使纳米尺度高熵合金在催化材料、超导材料、化学传感材料和生物材料等领域具备优异的应用潜能。

近年来，科研人员相继通过不同的方法制备出了多元合金及高熵合金纳米粒子。2015年Singh MP等人在Materials Letters发表了制备多元合金纳米粒子的文章，文中通过湿法化学的方法合成了NiFeCrCuCo的纳米粒子。但由于湿化学法的局限性，很难使5种以上的元素均匀的凝聚到单个纳米粒子中，不适应于其他组份多元合金纳米粒子的制备。直到2018年3月，胡良兵课题组在Science杂志上发表题为“碳热冲击法合成高熵合金纳米粒子”的报道，研究人员利用碳热冲击方法首次系统的制备了2-8元(Pt，Pd，Ni，Co，Fe，Au，Cu和Sn)的碳纳米纤维载高熵合金纳米粒子，并探究了高熵合金纳米粒子对氨气氧化的催化性能，高熵合金纳米粒子表现出优异的催化性能，该方法突破了湿化学方法限制，有效的制备2-8元高熵合金纳米粒子，但该方法仍有不足之处，所需的实验条件比较苛刻需要降温速率达到105K/s，反应的基体(载体)必须要有很好的导电性，所以很难满足后续大量制备和性能控制。2018年6月Rekha MY，Nitin M等人在Scientific Reports报道了题为“首次制备石墨烯载高熵合金纳米粒子”的文章，使用机械球磨将金属粉末与石墨烯复合，置于十二烷硫酸钠中超声，制备石墨烯载高熵合金纳米粒子(NiFeCrCuCo)，但该方法很难通过球磨促使单个纳米粒子中元素分布均匀，会有偏析现象出现，且制备的纳米粒子粒径不可控。