[发明专利]一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用，该高熵合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：配制贵金属前驱体溶液；配制非贵金属前驱体溶液；配制还原剂溶液；将贵金属前驱体溶液与非贵金属前驱体溶液混合后，加入还原剂溶液，再于还原性气体下，还原，即制备得到高熵合金催化剂；本发明的制备方法，相比现有技术中通过高温条件，将各个金属熔融在一起形成高熵合金，本申请的制备方法制备过程简单，节能，贵金属含量低，成本较低；本发明制备得到的高熵合金催化剂在酸性环境中HER、OER极其活跃，能很好的降低酸性环境电解水制氢的槽电压，稳定性优良，能很好节约能源成本。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

改善慢析氧反应(OER)是可充电金属-空气电池和电化学水裂解的关键。虽然已经提出了许多非贵金属基OER催化剂(如镍铁基金属氧化物/氢氧化物等)，但这些低成本的电催化剂不适用于酸性环境。贵金属(如Ir和Ru)是酸性环境下OER的优良电催化剂，许多基于Ir的OER催化剂已被合成，如纳米结构IrW，IrNi,IrNiCo合金，纯Ir基纳米团簇和纳米片等。然而，这些工作主要集中在Ir基二元或三元合金，且Ir含量多超过整体含量的50％。由于考虑到Ir的高价和低稀土丰度，多组分Ir基纳米合金非常希望降低Ir的含量，并可能进一步提高催化活性。

含五种或五种以上金属元素且原子比相近的单相合金通常被归类为高熵合金(HEAs)，由于高熵、扭曲晶格等特性，HEAs可以表现出极高的力学性能，使其成为非常有用的结构材料；HEAs作为功能材料在催化/电催化方面的潜在应用。目前制备的高熵合金的制备大都依赖于高温(900℃～1000℃)条件下，将各个金属熔融在一起形成高熵合金，然而该方法制备的高熵合金过程复杂，并且为块状，催化性能有限。

针对，目前高熵合金催化剂的制备方法存在的缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种高熵合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：

配制贵金属前驱体溶液；

配制非贵金属前驱体溶液；

配制还原剂溶液；

将贵金属前驱体溶液与非贵金属前驱体溶液混合后，加入还原剂溶液，再于还原性气体下，还原，即制备得到高熵合金催化剂。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，所述贵金属前驱体溶液中贵金属包括Ir、Ru、Rh、Pd、Ag中的至少一种。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，所述非贵金属前驱体溶液中非贵金属包括Cu、Co、Mn、Ni、Ce、W中的至少一种。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，还原剂溶液的配制方法具体为：将醇与水混合后，即制备得到还原剂溶液。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，还原具体条件为：以1～2℃/min由室温升温至50～60℃，然后以5～8℃/min升温至300～350℃，保温1～2h。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，所述还原性气体包括体积比为1:(6～10)的H2和Ar。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，将贵金属前驱体溶液与非贵金属前驱体溶液混合后加入还原剂溶液，具体为：将贵金属前驱体溶液与非贵金属前驱体溶液混合后加入还原剂溶液，于惰性气体保护下，于120～160℃、300～800r/min下搅拌20～30h。

优选的是，所述的高熵合金催化剂的制备方法，还原过程中，还原性气体的速率为60～100sccm。