[发明专利]用铝基合金制备Al-Ni纳米晶多孔材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 201811277468.X 申请日: 2018-10-30
公开(公告)号: CN111118550B 公开(公告)日: 2021-09-24
发明(设计)人: 朱胜利;周奕扬;崔振铎;杨贤金;井上明久 申请(专利权)人: 天津大学
主分类号: C25C5/02 分类号: C25C5/02;C25F3/04;C25B11/089;C25B1/04;B01J23/755;B01J35/10
代理公司: 天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙) 12214 代理人: 王秀奎
地址: 300072*** 国省代码: 天津;12
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摘要:
搜索关键词: 用铝基 合金 制备 al ni 纳米 多孔 材料 及其 方法 应用
【说明书】:

发明提供用铝基合金制备Al‑Ni纳米晶多孔材料及其制备方法和应用,首先制备Al‑Ni原始合金;将Al‑Ni合金裁剪成Al‑Ni合金条带,Al‑Ni合金条带在无水乙醇中超声清洗后,去离子水清洗,干燥后备用;将该条带与氢氧化钾溶液一同置于电解槽中进行电化学反应,反应结束后制得的样品冲洗、干燥后即为用铝基合金制备Al‑Ni纳米晶多孔材料。其比表面积大且具有高效电解水催化活性,其实施费用低、操作简便,耗时短,是一种高效经济的合成方法。

技术领域

本发明涉及纳米晶多孔材料技术领域,更具体地说涉及一种用铝基合金制备Al-Ni纳米晶多孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来,氢能源因其高的换能效率及清洁无污染在新能源领域受到了越来越多的关注。然而,阳极催化剂的活性及成本问题一直制约着直接氢能源的大规模应用。目前为止,Pt及其合金在电解水产氢领域表型出最优异的性能,然而昂贵的价格及有限的储量限制了Pt及其合金催化剂的商业化应用。因此,研究人员着力寻找一种低成本高效电解水催化剂,以提高催化剂的商业实用性。研究表明,Al-Ni金属间化合物的某些特定晶面可作为析氢反应的活性位点,有较强的催化活性。此外,Al-Ni合金作为非贵金属元素拥有更大的实际应用价值。

Al-Ni二元合金相图表明该合金体系中存在多种类型的合金相(如Al3Ni,Al3Ni2,AlNi等)。催化剂表面的氢结合能是衡量催化剂活性的重要指标,当催化材料表面氢结合能接近零时,该催化剂与H之间的结合键强度适当。经计算,Al3Ni2的(100)晶面有合适的氢结合能,其可在催化剂中作为析氢反应的活性位点。相比之下,Al3Ni的(010)晶面氢结合能较负,即该晶面与H的结合键强度过大,当H吸附在该材料表面时会产生表面重构现象,因此Al3Ni为Al-Ni合金体系在电解水析氢催化领域的非活性相。此外由Al-Ni二元合金相图可知,传统的热处理方法不易得到Al3Ni2相,电化学脱合金法可通过控制脱合金过程中的加载电位和反应时间使Al原子从富Al的化合相中溶解,进而得到具有高电解水析氢催化活性的Al3Ni2相。通过控制原始合金的成分和脱合金反应条件可控制产物中相的组成,脱合金后产生的NiO相可大大提高析氢反应的催化性能。此外,晶粒尺寸大小是影响催化反应动力学的一个重要因素,较小的晶粒尺寸可暴露更多的反应活性位点从而提高材料的催化性能。脱合金过程中材料表面原子的溶解和结构重组能够使催化剂产生纳米晶结构。同时通过脱合金法制备多孔Al-Ni催化剂,使材料的比表面积大幅增加,活性位点暴露更充分,进而提升材料的整体催化活性。因此,选择恰当的方法制备Al-Ni纳米晶多孔催化剂能够最大限度的降低电解水产氢催化剂的成本,增加催化剂的可应用性。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足,提供了一种用铝基合金制备Al-Ni纳米晶多孔材料及其制备方法和应用,本发明所采用的方法实施费用低、操作简便,耗时短,是一种高效经济的合成方法,本发明制备得到的合金材料主要用于电解水产氢领域的阴极催化剂。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

用铝基合金制备Al-Ni纳米晶多孔材料及其制备方法,按照下述步骤进行:

步骤1,按照以下组分及原子百分比含量制备Al-Ni原始合金:Al的含量为55%-98%,Ni的含量为2%-45%;

步骤2,将步骤1制得的Al-Ni原始合金裁剪成厚度为8-32μm,宽度为1-3mm,长度为1-3cm的条带,将上述条带置于无水乙醇中超声3-8min后,用去离子水清洗并于空气中干燥,得到Al-Ni原始合金条带;

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