[发明专利]一种用于碱性全解水的FeCoMoPC系非晶合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于碱性全解水的FeCoMoPC系非晶合金及其制备方法，涉及电解水制氢催化剂领域。该FeCoMoPC系非晶合金成分为(Fe_0.5Co_0.5)_80‑xMo_xP₁₃C₇，其中0≤x≤10，x为元素Mo的原子百分数，该非晶合金能够在碱性环境下同时催化析氢和析氧，可作为全解水双功能催化剂。该非晶合金的制备方法包括如下步骤：根据各原子百分含量制备FeCoMoPC系非晶合金带材，采用电化学工作站三电极体系，以FeCoMoPC系非晶合金带材为工作电极，对该带材进行恒电位腐蚀，待腐蚀结束，对样品进行清洗，自然干燥后得到多孔FeCoMoPC系非晶合金，即为用于碱性全解水的FeCoMoPC系非晶合金。该方法简单可控，克服了非晶带材活性比表面小的问题，所制备的FeCoMoPC系非晶合金兼具自支撑，成本低以及电催化性能佳的优点。

技术领域

本发明涉及一种非晶合金及其制备方法，特别涉及一种用于碱性全解水的FeCoMoPC系非晶合金及其制备方法，属于电解水制氢催化剂技术领域。

背景技术

经济发展所引起的能源短缺以及环境污染问题日益严重，为了社会的可持续发展，迫切需要开发绿色新能源，相比于风能、太阳能、生物质能等可再生能源，氢气是一种清洁、高效的能量载体，具有高能量密度，高燃烧热值和洁净的燃烧产物H₂O。水电解制氢不仅工艺简单，而且零污染气体排放，因此被视为生产高纯度氢，开发可持续绿色能源最具前景的技术。水电解主要由两个半反应构成：阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)，其中OER涉及四电子转移过程，其缓慢的动力学是制约电解水制氢效率的关键因素，开发OER催化剂对降低水电解制氢能耗，提高能量转化率至关重要，基于此，开发兼具OER和HER催化活性的双功能催化剂还可简化制氢工艺，节约器件成本，对绿色氢能的发展具有重要意义。

贵金属Pt、Ir或其氧化物具有高催化活性，但是价格昂贵且储量稀缺，所以极大的限制了贵金属基催化剂的广泛应用。近年来，非贵金属基催化剂研究主要围绕于过渡金属(Fe，Co，Ni)及其化合物，而具有特殊物理、机械及化学性能的非晶合金也引起了研究者的关注。与传统晶态材料相比，非晶材料作为电催化剂具有丰富的活性位点以及良好的耐蚀性能，因此以过渡金属体系制备的非晶合金催化剂有望展现出优异的电催化活性。此外，通过熔体旋淬法制备的韧性非晶带材还可自支撑，直接用作电极，不存在从基底上剥落而有损稳定性的问题，更适合工业应用。

FeCoPC系非晶合金带材是近年来发现的具有良好电催化活性的析氢反应电催化剂。现有研究发现，FeCoPC系非晶合金表现出较佳的酸性析氢活性；但是，酸性环境下，器件容易被腐蚀，而碱性环境下催化电解水不仅可以保护器件，而且作为制约水电解效率重要限制步骤的OER也通常在碱性环境下具有更高催化活性，所以，基于具有酸性析氢活性的FeCoPC系非晶合金，开发适用于碱性条件下的HER和OER催化剂更具工业应用价值。

此外，非晶合金带材本身比表面积较小，基于其自支撑的优势，如何进一步增加表面活性位点的数量，使催化活性进一步提升也是一个重要问题。根据目前非晶合金带材作为催化剂的报道发现，脱合金法制备的纳米结构是提高块体催化活性的一种有效策略。如公开号为CN 111118523 A的中国专利申请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，该专利通过将Fe基非晶合金浸泡在强碱溶液中去合金化处理，获得纳米多孔结构，成分为Fe₇₈Si₁₃B₉的非晶合金带材性能最佳，在电流密度为10mA cm^-2时，碱性析氢过电位为201mV。但该专利中使用的自由脱合金方法不仅用时长，腐蚀液浓度高，而且需要加以搅拌使其腐蚀均匀。

基于此，申请人对现有的非晶合金组分及制备方法进行改进，形成了本发明技术。

发明内容