[發明專利]一種普適性制備高熵合金納米顆粒的方法

在審

• 申請號: 202011354163.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112475315A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 康毅進;付先彪;張佳豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B22F9/30
• 分類號: B22F9/30;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B32/40;B01J23/60;C25B11/089
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本發明公開了一種高熵合金納米顆粒的普適性制法以及在熱催化選擇性加氫和酸性電解水陽極催化中的應用。本發明利用表面金屬有機鹽熱解還原法可制備多種合金和高熵合金納米顆粒，將金屬有機鹽分子級分散在載體表面形成金屬有機鹽膜，有機配體熱分解暴露出孤立的金屬原子，多組分金屬原子聚集形成了均勻的高熵合金納米顆粒。利用本發明實施例中所制備的PtIrFeCoNi/XC?72高熵合金納米顆粒，在50mA/cm²電流密度極端條件下，PtIrFeCoNi/XC?72的壽命接近商業化IrO₂壽命的3倍；表明高熵合金具有高穩定性和耐腐蝕性，因此高熵合金納米顆粒成為了酸性析氧反應中最有競爭力的催化劑之一。本發明所提供的納米化高熵合金的方法，具有普適性、簡單易行、設備簡單、載體可更換且載體可去除等優勢，為高熵合金納米顆粒應用于催化、能源和環境等領域提供了新途徑和新思想。

技術領域

本發明屬于納米材料和催化技術領域，具體涉及一種普適性制備高熵合金納米顆粒的方法以及在催化領域的應用。

背景技術

高熵合金(High-entropy alloys，HEA)是由五種或五種以上元素組分等量或大約等量的原子形成的具有較高熵值的固溶體。高熵合金具有高強度(抗折斷)、高韌性(抗形變)、耐高溫、耐磨性、耐腐蝕和耐氧化性等特性在結構材料領域得到了廣泛的研究和應用。高熵合金具有的高熵效應、遲滯擴散效應、晶格畸變效應和雞尾酒效應為其應用于功能材料領域(催化、能源和環境等)提供了理論支撐和指導。然而，真空熔煉法和粉末冶金法等傳統工藝制備的高熵合金往往是塊體材料，難以應用于催化、能源、環境等領域，而且制備過程相對復雜，成本較高。高熵合金應用于功能材料的第一步是實現其納米化的制備，高熵合金納米顆粒制備的難點主要在于各組元金屬的物理化學性質差異較大，易出現相分離，尺寸難以均一化，高溫制備過程中，金屬原子易遷移形成粒徑大的顆粒，尺寸難以控制。近年來，研究者發展了碳熱振蕩法、電沉積法、蘸筆光刻法和快速移動床熱解法等制備高熵合金納米顆粒，這些方法或多或少存在不足，如制備需要特殊的設備、難以宏量制備和操作繁瑣等。

目前，利用可再生能源的電力電解水制取高純度的氫氣是解決“氫經濟”中氫來源的重要途徑，其中質子交換膜電解水技術(PEM)具有較寬的工作范圍和極短的響應時間等特點得到了研究者極大的重視，限制這一技術應用的最大技術障礙是在酸性電解液中長期穩定工作的氧氣析出催化劑，在工業電流密度條件下，酸性電解液對析氧催化劑的腐蝕導致活性組分的流失是催化劑失活的主要原因。如前所述，高熵合金中大量的固溶原子阻礙位錯運動，固溶強化效應使得其具有高穩定性和耐腐蝕性，該特性使得高熵合金納米顆粒成為酸性氧析出反應催化劑的最有潛力的候選者之一，也為高熵合金納米顆粒用于催化、能源和環境等領域提供了新契機。

發明內容

本發明的目的在于提供一種普適性高且易操作的方法制備高熵合金納米顆粒，負載型高熵合金納米顆粒的載體選擇范圍廣，可為但不局限于商業碳粉、碳納米管、石墨烯、氧化鋁、分子篩、二氧化硅、無機陶瓷、氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯和氧化鈰等，該方法為負載型高熵合金納米顆粒用于傳統熱催化提供了合成途徑，該方法可制備二元至八元高熵合金的納米顆粒，顆粒尺寸在1-20nm。此方法合成的PtIrFeCoNi@XC-72高熵合金納米顆粒在酸性氧析出反應中表現出優異的催化活性和穩定性，在大電流極端條件下，其穩定性接近商業化IrO₂和RuO₂催化劑的3倍。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種普適性制備負載型高熵合金納米顆粒的技術特征包含以下步驟：

1)將兩種以上的等原子比或近等原子比的金屬有機前驅體溶解或分散在一定體積的氯仿、丙酮、水、乙醇等溶劑中，得到溶液1；

2)將一定質量的載體或載體和有機配體分散在一定體積的氯仿、丙酮、水、乙醇等溶劑中，得到分散液2；

3)將溶液1與分散液2混合，超聲分散0.5h-10h，得到分散液3；