本發(fā)明專利技術(shù)屬于電催化材料的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料及其制備與應(yīng)用。方法：1)將十六烷基氯化銨分散于油胺中，獲得分散液；將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮銅、碳納米管、葡萄糖以及Mo(CO)6分散于分散液中，獲得混合分散液；2)將混合分散液進行加熱處理，獲得星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料。本發(fā)明專利技術(shù)的方法簡單，成功制備出具有星狀形貌的多元合金固溶體電催化材料；本發(fā)明專利技術(shù)的電催化材料具有優(yōu)異的HER、OER和ORR電催化性能和較好的穩(wěn)定性。本發(fā)明專利技術(shù)的電催化材料用于鋅空電池、電解水制氫和/或氫氧燃料電池。氧燃料電池。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料及其制備與應(yīng)用
[0001]本專利技術(shù)屬于電催化材料
，具體涉及一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
[0002]長期使用化石燃料造成的能源危機和環(huán)境危機越來越得到重視，開發(fā)可持續(xù)的能源材料和綠色納米技術(shù)來制造燃料電池、金屬
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空氣電池和水分解系統(tǒng)成為當下的迫切需求。電化學析氫反應(yīng)(HER)、析氧反應(yīng)(OER)和氧還原反應(yīng)(ORR)是可再生能源技術(shù)的核心，優(yōu)質(zhì)的催化劑可以降低電化學反應(yīng)的過電位，加快反應(yīng)速率，提高其催化性能。
[0003]然而，開發(fā)高效、穩(wěn)定的電催化劑仍然具有挑戰(zhàn)性。與單金屬催化劑相比，雙金屬和三金屬合金催化劑具有更強的電催化性能和可調(diào)空間，且通過合金化來定制結(jié)合能可以誘導(dǎo)電子的相互作用而優(yōu)化活性。高熵合金(HEAs)作為催化材料在過去的幾年中引起了廣泛的關(guān)注，其在合成復(fù)雜的固溶體材料中形成了大量不同的多元素活性位點，為催化劑設(shè)計提供了新的、獨特的概念，減少了現(xiàn)有的限制，改變了對構(gòu)效關(guān)系的看法，且高熵合金具有超豐富的元素組合和元素配比，其催化結(jié)合能幾乎能夠以連續(xù)的形式進行調(diào)控，不同的元素配位環(huán)境提供了多類型催化反應(yīng)的活性位點，更具備開發(fā)多功能型催化劑的潛力。
[0004]目前，Pt貴金屬仍是ORR和HER最有效的電催化劑，而IrO2和RuO2對OER具有較高活性。然而，這些鉑類金屬稀缺性、高成本和耐受性差的特點，阻礙了其可持續(xù)發(fā)展應(yīng)用。因此，可以引入地球儲量豐富、廉價的過渡金屬元素，如鎳、鐵和銅等，與Pt族貴金屬組成高熵合金，不僅可以調(diào)節(jié)合金固溶體催化劑的形貌、電子結(jié)構(gòu)，提高其催化活性及穩(wěn)定性，同時降低催化劑成本。然而，大多數(shù)高熵合金催化劑都是在塊狀或微觀尺度下制備的，形貌多為球狀，且合成方法多為電弧熔化法，碳熱沖擊法，熔融紡絲法或氣溶膠噴霧熱解法等，這些方法通常需要高溫高壓的苛刻實驗條件以及昂貴的儀器設(shè)備，不適合后期規(guī)模化生產(chǎn)。特別是對于多功能型多元合金催化劑，形貌可控合成仍然具有非常大的挑戰(zhàn)性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料及其制備方法。本專利技術(shù)采用簡單的濕化學還原法，在低溫(＜250℃)常壓的條件下快速合成了負載于碳納米管上的呈星型的PtFeNiCuRu多元合金固溶體納米催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的HER(1M KOH，10mA
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?2電流密度下，η＝20mV)、OER(1M KOH，10mA
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?2電流密度下，η＝259mV)和ORR(0.1M HClO4，η＝0.87V)電催化性能和較好的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了具有規(guī)則形貌的多元合金固溶體多功能型納米催化劑的合成。
[0006]本專利技術(shù)的另一目的在于提供上述電催化材料的應(yīng)用。所述電催化材料用于鋅空電池、電解水制氫和/或氫氧燃料電池。本專利技術(shù)的電催化材料用于鋅空電池中，表現(xiàn)出150mW的大功率電流密度及優(yōu)良的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。此外，所述電催化材料優(yōu)異的堿性HER、OER性
能使其能夠應(yīng)用于電化學全解水生產(chǎn)氫氣和氧氣，大大降低了水解過電位，減少了生產(chǎn)成本；且其優(yōu)異的酸性O(shè)RR性能使其能夠應(yīng)用于氫氧燃料電池中。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
[0008]一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料的制備方法，包括以下步驟：
[0009]1)將十六烷基氯化銨(CTAC)分散于油胺(OAM)中，獲得分散液；將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮銅、碳納米管(CNT)、葡萄糖以及Mo(CO)6分散于分散液中，獲得混合分散液；
[0010]2)將混合分散液進行加熱處理，獲得星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料；所述加熱處理的溫度為200～230℃。
[0011]所述十六烷基氯化銨與油胺的質(zhì)量體積比為(80～120)mg：25mL。
[0012]所述乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮銅、碳納米管(CNT)、葡萄糖以及Mo(CO)6的質(zhì)量比為(13～17)：(6～8)：(3～5)：(8～12)：(8～12)：(45～65)：(80～120)：(40～50)。
[0013]所述十六烷基氯化銨與乙酰丙酮鉑的質(zhì)量比為(80～120)：(13～17)。
[0014]步驟2)中所述加熱處理的時間為2～4h。
[0015]步驟1)中所述將十六烷基氯化銨(CTAC)分散于油胺(OAM)中是指通過超聲分散。
[0016]步驟1)中所述分散于分散液中是指超聲分散。超聲的時間為2～4h。
[0017]步驟2)中加熱處理后，進行后續(xù)處理；所述后續(xù)處理是指冷卻后，將反應(yīng)產(chǎn)物進行離心，用環(huán)己烷和乙醇的混合物進行洗滌，再次離心，用乙酸醇溶液加熱浸泡，乙醇洗滌，干燥。
[0018]環(huán)己烷和乙醇的體積比為1:(1～2)；
[0019]所述乙酸醇溶液為0.4～0.6M的乙酸醇溶液；加熱浸泡的溫度為40～60℃，加熱浸泡的時間為3～5小時；所述干燥為在30～40℃下真空干燥。
[0020]本專利技術(shù)中CTAC可促進催化劑高指數(shù)晶面的形成。油胺作為溶劑和還原劑之一。Ru的引入調(diào)控了催化劑的形貌和電子結(jié)構(gòu)。
[0021]本專利技術(shù)的有益效果是：
[0022]1、本專利技術(shù)提供的一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料是以碳納米管為導(dǎo)電基底的，實現(xiàn)了多元合金納米顆粒在基底上的均勻分散以及提高了其導(dǎo)電性，減少了實驗步驟。
[0023]2、本專利技術(shù)的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體材料是多功能納米催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的HER(1M KOH，10mA
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?2電流密度下，η＝20mV)、OER(1M KOH，10mA
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?2電流密度下，η＝259mV)和ORR(0.1M HClO4，η＝0.87V)電催化性能和較好的穩(wěn)定性，并將其應(yīng)用于鋅空電池上達到150mW的大功率密度，實現(xiàn)了具有規(guī)則形貌的多元合金固溶體多功能型納米催化劑的合成。
[0024]3、本專利技術(shù)的催化材料中少量的釕造成的壓縮效應(yīng)導(dǎo)致催化材料的d帶中心下移，使其偏離費米能級，削弱了催化劑與表面吸附劑的相互作用，促進了物質(zhì)轉(zhuǎn)移和化學反應(yīng)動力學，從而使得合金催化劑的電催化活性顯著提高。
[0025]4、本專利技術(shù)提供了一種酸泡加熱去除催化劑表面油胺的方法，簡單快捷。
附圖說明
[0026]圖1是本專利技術(shù)實施例1制備的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體催化劑(PtFeNiCuRu/CNT)及對比例1制備的鉑鐵鎳銅多元合金固溶體催化劑(PtFeNiCu/CNT)的XRD譜圖；
[0027]圖2是實施例1制備的PtFeNiCuRu/CNT催化劑的透射電鏡圖像(淺色條狀為碳納米管CNT，深色顆粒為PtFeNiCuRu多元合金納本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)將十六烷基氯化銨分散于油胺中，獲得分散液；將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮銅、碳納米管、葡萄糖以及Mo(CO)6分散于分散液中，獲得混合分散液；2)將混合分散液進行加熱處理，獲得星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料；所述加熱處理的溫度為200～230℃。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料的制備方法，其特征在于：所述十六烷基氯化銨與油胺的質(zhì)量體積比為(80～120)mg：25mL；所述乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮釕、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮銅、碳納米管、葡萄糖以及Mo(CO)6的質(zhì)量比為(13～17)：(6～8)：(3～5)：(8～12)：(8～12)：(45～65)：(80～120)：(40～50)；所述十六烷基氯化銨與乙酰丙酮鉑的質(zhì)量比為(80～120)：(13～17)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述星形的鉑鐵鎳銅釕多元合金固溶體多功能電催化材料的制備方法，其特征在于：步驟2)中所述加熱處理的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：康雄武，陳釗倩，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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