[發(fā)明專利]一種塑性變形處理提高Fe基非晶合金電解水析氫催化活性的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010046199.7
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111139346B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林懷俊;吳凱瑤;儲非;孟玉英;李衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號: C21D7/02
• 分類號: C21D7/02;C25B11/04;C22C45/02;C25B1/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發(fā)明公開了一種塑性變形處理提高Fe基非晶合金電解水析氫催化活性的方法。所述方法為：將Fe基非晶合金進行高壓扭轉(zhuǎn)處理1～100圈，其中高壓扭轉(zhuǎn)處理的接觸壓力為0.1～10000KPa，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.1～100rpm。所述Fe基非晶合金組成為：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。本發(fā)明將非晶合金圓片在室溫下進行高壓扭轉(zhuǎn)處理，從而使非晶合金圓片由應(yīng)力誘導(dǎo)特殊納米晶化，產(chǎn)生Fe₂B、Fe₃Si等具有HER催化能力的納米晶相，可有效降低堿性環(huán)境中的析氫過電位，且材料制備工藝簡單，時間短，能耗和成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Fe基非晶合金材料電解水析氫的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種塑性變形處理提高Fe基非晶合金電解水析氫催化活性的方法。

背景技術(shù)

由化石燃料大量燃燒引起的環(huán)境污染，全球變暖和能源危機等問題已成為世界關(guān)注的焦點，因此建立一個全球規(guī)模的清潔可持續(xù)能源系統(tǒng)是人類面臨的最大挑戰(zhàn)。除了開發(fā)低成本的儲能系統(tǒng)外，另一個解決方案是將這些可再生能源轉(zhuǎn)化為易于存儲和運輸?shù)幕瘜W(xué)燃料。分子氫(H₂)與其他燃料相比具有最高的重量能量密度(142MJ·kg^-1)，并且其燃燒產(chǎn)物僅為綠色無污染的水，因此被提議作為未來能源供應(yīng)的潛在候選者。

目前來說，商業(yè)電解系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率約為56-73％，有約三成的能量在克服能壘過程中損耗掉了，為了解決這個問題，必須選擇合適的催化劑來提高能量轉(zhuǎn)換效率。貴金屬催化劑仍然是HER和OER的最有效催化劑，而Pt是HER的最優(yōu)催化劑，然而貴金屬Pt價格昂貴，地球儲量稀少，這些特性注定了其無法在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用，因此，開發(fā)地球上資源豐富的，經(jīng)濟和高效的電解水高活性催化劑成為各國發(fā)展新能量系統(tǒng)的首要任務(wù)之一。而非晶合金由于其非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有易發(fā)生腐蝕的位錯和晶界，所以其對比起其他晶態(tài)合金具有極高的耐腐蝕性，并且由于非晶合金表面的

元素起伏，所以其表面擁有眾多活性位點，以上特性使得非晶合金是目前最有潛力替代貴金屬Pt的優(yōu)質(zhì)新型催化劑。雖然Fe基非晶態(tài)合金同樣具有穩(wěn)定性高和活性位點多等非晶態(tài)催化劑的特點，但其起始催化活性偏低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種塑性變形(HPT)處理提高Fe基非晶合金電解水析氫催化活性的方法。該方法利用劇烈塑性變形處理Fe基非晶合金，可以有效降低Fe基非晶合金的析氫過電位，顯著提高在堿性環(huán)境下對電解水析氫的催化性能。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種塑性變形處理提高Fe基非晶合金電解水析氫催化活性的方法，包括以下步驟：

將Fe基非晶合金進行高壓扭轉(zhuǎn)處理1～100圈，其中高壓扭轉(zhuǎn)處理的接觸壓力為0.1～10000KPa，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.1～100rpm。

優(yōu)選的，所述Fe基非晶合金組成為：Fe_mSi_nB_p，40≤m≤90，3≤n≤30，5≤p≤50且m+n+p＝100。

更優(yōu)選的，所述77≤m≤79，8≤n≤11，11≤p≤14且m+n+p＝100。

優(yōu)選的，所述Fe基非晶合金為1～100片直徑厚度d＝0.01～0.5mm的Fe基非晶合金圓片。

更優(yōu)選的，所述Fe基非晶合金為10～50片直徑厚度d＝0.02mm的Fe基非晶合金圓片。

優(yōu)選的，所述Fe基非晶合金圓片由寬度為6～12cm、厚度為0.01～0.5mm、長度為5～20cm的Fe基非晶合金薄帶裁剪得到。

優(yōu)選的，所述Fe基非晶合金薄帶由以下方法制備得到：