CN101195091B - 一种高熵合金催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高熵合金催化剂的制备方法，该方法是采用阴极电沉积法：先配制含钯离子、锰离子、铁离子或亚铁离子、钴离子、镍离子和锌离子的有机体系溶液，再加入惰性电解质，以钛片作为工作电极，外加电场进行电沉积即得含钯锰铁钴镍锌的高熵合金催化剂。本发明的制备方法可以在常温下进行，生产过程简单，所用原料廉价经济，利用率高，仪器设备所需投资较低，并且本发明的制备方法属于非线形过程，能在形状复杂的基体上沉积得到均匀的涂层。

Description

一种高熵合金催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及多主元高熵合金领域，具体涉及一种含钯锰铁钴镍锌的高熵合金催化剂的制备方法。
背景技术
能源是国民经济和社会发展的重要战略物资，能源开发引起的污染非常严重，如何在开发的同时保护好环境与生态，已经成为一个重大课题。燃料电池动力系统是一种绿色能源技术，对解决能源短缺和环境污染有重要意义，被认为是21世纪最为重要的动力能源之一。
钯基催化剂在碱性介质中对各种醇有很好的电化学氧化活性，但由于成本高和资源有限等因素限制了它的使用，所以有必要增高钯基催化剂的活性和减少钯的用量。
为了降低成本，必须在保证性能的前提下减少催化剂载量。可以通过制备出纳米结构使金属或合金颗粒分散均匀，来达到提高催化剂利用率的目的。
多主元高熵合金是一种新的纳米材料设计理念，在多主元高熵合金中至少含有5种元素。高熵是多主元合金的特色，因为高熵效应抑制金属间化合物的出现，有助于形成简单的结晶相，而且使得微结构倾向于纳米化，容易得到纳米结构材料。
目前高熵合金的制备方法主要采用电弧熔融法。但该方法存在设备昂贵和操作复杂的问题，造成材料成本高，阻碍了其应用推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种含有钯锰铁钴镍锌的高熵合金催化剂的制备方法，利用该方法能够在温和的条件下制备得到纳米结构的多主元高熵合金材料。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的高熵合金催化剂的制备方法采用阴极电沉积法。
阴极电沉积是利用外加电场作用，在阴极发生化学反应，使金属离子在阴极发生还原反应，进而在基体上沉积。
本发明的阴极电沉积法技术方案的具体步骤为：
(1)配制含钯离子、锰离子、铁离子或亚铁离子、钴离子、镍离子和锌离子的有机体系溶液；
(2)加入电解质，以钛片作为工作电极，外加电场进行电沉积即得。
上述步骤(1)中，钯离子和其他金属离子的摩尔浓度比大于或等于1∶1；其他任意金属离子之间的摩尔浓度比小于或等于10∶1；过渡金属离子是锰离子、铁离子、钴离子、镍离子和锌离子或者是锰离子、亚铁离子、钴离子、镍离子和锌离子。
上述步骤(2)中，以饱和甘汞电极为参比电极，电沉积的电位小于-1.0V，电沉积采用有机体系溶液。
上述步骤(2)中，所示电解质为惰性电解质。
在阴极电沉积中，阴极发生的反应为Mn++ne＝M，沉积过程涉及多元素的扩散和再分配，析出物的成核和生长被抑制，使得微结构倾向于纳米化和非结晶化，有利于纳米相的形成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1.本发明的制备方法可以在常温下进行，生产过程简单，仪器设备所需投资较低；2.本发明的制备方法属于非线形过程，能在形状复杂的基体上沉积得到均匀的涂层；3.本发明的制备方法所用原料廉价经济，利用率高。
附图说明
图1为高熵合金催化剂的电镜结果；
图2为高熵合金催化剂的能谱结果。
具体实施方式
实施例1
配制含0.10mol/L钯离子、0.01mol/L锰离子、0.02mol/L铁离子、0.02mol/L钴离子、0.01mol/L镍离子和0.01mol/L锌离子的二甲基亚砜有机体系溶液，加入0.3mol/L的高氯酸锂，以钛片作为工作电极，在-2.0V(以饱和甘汞电极为参比电极)电位下沉积5分钟，即可得到含有钯锰铁钴镍的高熵合金催化剂(电镜结果见图1，能谱结果见图2和表1)。
表1各元素的含量(重量比和原子数目比)
Figure G2007100328251D00031
实施例2
配制含0.10mol/L钯离子、0.10mol/L锰离子、0.03mol/L亚铁离子、0.05mol/L钴离子、0.01mol/L镍离子和0.03mol/L锌离子的二甲基亚砜有机体系溶液，加入0.3mol/L的高氯酸锂，以钛片作为工作电极，在-2.0V(以饱和甘汞电极为参比电极)电位下沉积5分钟，即可得到含有钯锰铁钴镍的高熵合金催化剂。
实施例3
配制含0.10mol/L钯离子、0.02mol/L锰离子、0.01mol/L铁离子、0.04mol/L钴离子、0.01mol/L镍离子和0.01mol/L锌离子的二甲基甲酰胺有机体系溶液，加入0.3mol/L的高氯酸锂，以钛片作为工作电极，在-2.0V(以饱和甘汞电极为参比电极)电位下沉积5分钟，即可得到含有钯锰铁钴镍的高熵合金催化剂。
实施例4
配制含0.10mol/L钯离子、0.01mol/L锰离子、0.05mol/L铁离子、0.03mol/L钴离子、0.01mol/L镍离子和0.03mol/L锌离子的二甲基甲酰胺有机体系溶液，加入0.3mol/L的四乙基氟硼酸铵，以钛片作为工作电极，在-2.0V(以饱和甘汞电极为参比电极)电位下沉积5分钟，即可得到含有钯锰铁钴镍的高熵合金催化剂。

Claims (5)

1.一种高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)配制含钯离子、锰离子、铁离子或亚铁离子、钴离子、镍离子和锌离子的有机体系溶液；
(2)加入电解质，以钛片作为工作电极，外加电场进行电沉积即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，钯离子和其他金属离子的摩尔浓度比大于或等于1∶1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中，除钯离子外，其他任意金属离子之间的摩尔浓度比小于或等于10∶1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述外加电场是以饱和甘汞电极为参比电极，电沉积的电位小于-1.0V，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中，所述电解质为惰性电解质。
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