[发明专利]一种用于析氢催化的高熵合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于析氢催化的高熵合金及其制备方法，该高熵合金是以铁、钴、镍、钨、钼为金属原材料配制而成，且该金属原材料中铁、钨、钼的原子数之比为1:1:1，钴、镍的原子数之比为1:1，其中铁原子数占该金属原材料总原子数的9.5％～12.5％。其制备方法：按该高熵合金的金属原材料的配制比例称取钴粉、钨粉、铁粉、镍粉和钼粉进行混合，得到混合粉料；将该混合粉料进行球磨；将球磨后的该混合粉料压制成型，得到胚体；将该胚体进行无压烧结，得到该高熵合金。本发明提供的高熵合金是选用价格低廉且储量丰富的非贵金属作为原料，大大节约了成本；并且由本发明方法制备得到的该高熵合金具有高效的析氢催化性能，能够取代现有铂系贵金属在电极方面的应用。

技术领域

本发明提供一种用于析氢催化的高熵合金及其制备方法，涉及电催化析氢反应催化剂的制备方法、储能应用技术领域。

背景技术

当前人类在生产建设活动中仍然需要大量的化石能源作为生产动力。而大肆使用化石燃料也导致了近年来温室效应不断加剧。化石燃料虽然便捷但是对环境的污染也是有目共睹的，化石燃料在燃烧时除释放出二氧化碳的同时也释放出了巨量的硫化物等气溶胶。1996年根据联合国政府间气候变化专门委员会第二次评估报道温室效应将造成全球平均气温上升1.0℃～3.5℃，将造成全球海平面上升50 厘米。不仅如此二氧化碳增加不仅使全球变暖还可能造成世界其他地区气候异常和灾害。永冻土的解封也将有可能释放出未知病毒造成全球重大传染病。因此寻找可替代清洁能源成为迫在眉睫的问题，而氢能源因为其燃烧产物的零污染，高效性以及较低的运输成本备受关注。电解水制备氢气是最备受关注的制备方法，但是因为铂电极需要较高的制造成本导致不能实现工业化。所以本实验将力求寻找一种低价的非贵金属高熵合金来代替铂电极。

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。

高熵合金是由中国台湾清华大学的叶均蔚教授课题组早在1995年已经开始对多主元高熵合金进行相关研究。但直到2004年才在《Advanced Engineering Materials》期刊上首次公开发表了他们的研究成果并提出多主元高熵合金的概念。起初高熵合金优异的力学性能使其在工程应用中得到广泛的研究。但是近几年高熵合金在吸氧催化的研究已被报道，以此推出了高熵合金在析氢催化方面的性能研究可行性。

高熵合金在析氢催化方面的研究专利已有报道。现有一篇球磨制备粉体高熵合金但是其264mV的超高过电位无法达到商业析氢催化的要求。而其他技术如脱合金化制备多孔电极法，静电纺丝法虽然在性能上拥有了极大的提升，但是其复杂的制作工艺以及严格的设备要求限制了其工业发展。其中最接近的一篇以微波烧结方法制备的析氢催化电极，其析氢过电位也需180mV左右。其现有的发明技术方面制备工艺复杂且因为国内微波烧结设备费用昂贵，同时制备样品需要较高的压力使样品成型而性能却达不到现有商业电极材料的标准。

发明内容

本发明的第一发明目的：为解决电解水制氢电极材料的问题，并降低成本，本发明提供了一种廉价且高效的析氢催化高熵合金以取代现有的铂系贵金属在电极方面的应用。

本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案是：一种用于析氢催化的高熵合金，所述高熵合金是以铁、钴、镍、钨、钼为金属原材料配制而成，且所述金属原材料中铁、钨、钼的原子数之比为1:1:1，钴、镍的原子数之比为1:1。

进一步，所述金属原材料中铁原子数占所述金属原材料总原子数的9.5％～12.5％。

本发明的第二发明目的：提供一种以球磨和无压烧结工艺制备电催化制氢高熵合金的方法，其制备工艺简单，制作成本低廉，同时对于制备设备要求比较宽松。

本发明实现其第二发明目的所采取的技术方案是：一种用于析氢催化的高熵合金的制备方法，包括步骤如下：