[发明专利]一种钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极及其制备方法，选择铝钴铬铁镍高熵合金与金属钯，通过电化学工作站和三电极体系进行快速掺杂即可得到。本发明采用外部协同解毒策略，利用铝钴铬铁镍高熵合金在乙醇氧化反应（EOR）过程中形成羟基氧化物（CoOOH/FeOOH/NiOOH）产生高氧化性能的羟基氧（*OOH）协同氧化钯表面的CO（*CO+*OOH→H₂O+CO₂），进而提升钯的催化耐久性。同时，采用铝钴铬铁镍高熵合金高导电骨架作为导电体，在促进反应电子传输同时借助乙醇氧化过程氧化为羟基氧化物，对催化过程中的羟基氧化物进行补充，从而实现一种自解毒、自补充、高耐久性和活性的乙醇氧化催化体系。

技术领域

本发明属于复合电极的技术领域，具体涉及到一种钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极及其制备方法。

背景技术

直接乙醇燃料电池（DEFC）在便携式电子设备应用中具有优异的电化学性能。其具有高比能量密度（8.01kWh/kg）、便携性、低毒性以及可再生燃料的易于获得性等特性，是一种很有前途的清洁能源装置。然而，乙醇氧化反应（EOR）过程中不完全氧化的中间体（例如一氧化碳，CO）会对催化剂产生毒害作用，从而影响电池的耐用性能；同时，失活的贵金属催化剂也难以回收利用。这些原因影响了直接乙醇燃料电池商业化应用的经济效益，是其商业化的主要障碍。

目前，基于钯（Pd）和铂（Pt）的贵金属催化剂（PPC）由于其对乙醇氧化反应的高内在活性，被认为是高性能直接乙醇燃料电池应用的最佳候选。然而，这些催化剂在地球表面储量较低且价格昂贵，因此如何降低贵金属使用量，提升贵金属利用率，并解决催化剂中毒问题是该类研究的热点。有研究表明，在碱性电解液中，价格较铂更为便宜的钯对乙醇氧化反应的催化活性甚至高于铂，其高催化活性，高稳定性和快速动力学等特性有望被开发为有前途的乙醇氧化催化剂。然而，与铂催化剂类似，不完全氧化中间体一氧化碳的吸附会毒化钯活性位点，从而影响催化活性和稳定性。基于此类问题，大部分研究采用自增强的调控方式（如d带电子结构调控，形貌调控和微观结构设计等）抑制一氧化碳在钯活性位点上的吸附。但值得注意的是，乙醇氧化过程中必然产生大量的一氧化碳，而增加钯抗中毒能力只能减缓中毒速度，并不能从根本上避免一氧化碳在活性位点上的吸附和聚集进而有效提高耐久性。

发明内容

本发明的目的是提供一种钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极及其制备方法与应用，采用外部协同解毒策略，利用铝钴铬铁镍高熵合金在乙醇氧化反应过程中形成羟基氧化物（CoOOH/FeOOH/NiOOH）产生高氧化性能的羟基氧（*OOH）协同氧化钯表面的CO（*CO+*OOH→H₂O+CO₂），进而提升钯的催化耐久性。同时，采用铝钴铬铁镍高熵合金高导电骨架作为导电体，在促进反应电子传输同时借助乙醇氧化过程氧化为羟基氧化物，对催化过程中的羟基氧化物进行补充，从而实现一种自解毒，自补充，高耐久性和活性乙醇氧化催化体系。

为达上述目的，本发明提供了一种钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）、基底材料的预处理

将基底材料依次进行打磨、抛光、超声洗涤、冲洗和干燥，待用；

（2）、高导电骨架的制备

混合导电碳黑和铝钴铬铁镍高熵合金粉末，加入去离子水、无水乙醇和全氟磺酸基聚合物溶液，超声混合后滴加于步骤（1）得到的基底材料上，使用铂电极夹夹持并干燥制得高导电骨架；

（3）、制备钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极

配置含有钯离子的电沉积前驱液，以高导电骨架为工作电极构建三电极体系，采用电化学工作站的I-t测试技术将钯离子沉积到高导电骨架上，沉积结束后使用去离子水浸泡晾干，即得钯掺杂的铝钴铬铁镍高熵合金复合电极。