[發明專利]一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法

有效

• 申請號: 202110477593.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113189264B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉烜志;鄒鵬;王軍強;霍軍濤;許巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01N31/10
• 分類號: G01N31/10;C25B11/04;C25B1/04;C23C14/54;C23C14/34;C23C14/16
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法。所述方法包括：采用PVD共濺射制備高通量薄膜樣品庫，所述高通量薄膜樣品庫由復數個不同含量合金組分的多主元電解水催化劑組成；以及，采用三電極體系，以所述高通量薄膜樣品庫作為工作電極，向所述三電極體系通電進行電解水反應，實時記錄所述高通量薄膜樣品庫表面的氣泡信息，并至少根據氣泡的體積大小對所述高通量薄膜樣品庫表面各區域的HER催化活性進行判斷篩選。本發明提供的一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法主要包括高通量薄膜樣品庫的制備和并行高通量篩選兩大部分；該方法能夠快速篩選出具有最高催化性能的多組分合金，進而確定HER催化活性優異的多主元電解水催化劑。

技術領域

本發明屬于電解水催化劑技術領域，具體涉及一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法。

背景技術

電化學水分解已廣泛用作化學燃料的二次能量存儲的手段。由于其能夠有效地大規模生產高純度H₂而不會對環境造成負面影響，它已成為研究最廣泛的能源研究領域之一。因此，開發具有高催化活性和良好耐久性的電解水催化劑至關重要。

在過去的幾十年中，已經開發出了基于非貴重過渡金屬的催化劑，例如合金、碳化物、氮化物、磷化物、硼化物。然而，現階段的多組分催化劑的開發基于順序試驗和試錯方法，既費時又費力。特別是合金數量如何隨著合金成分數量的增加而急劇增加。

目前多主元電解水催化劑的開發主要為試錯方法，以合金條帶的電解水催化劑為例，主要包括以下四個主要步驟：1)精選所需金屬原材料，按照上述的百分原子比通過電子秤進行配比；2)將已經配比好的材料放入高溫熔煉爐中，將原材料制備成多元素合金錠子；3)將已經熔煉好的錠子放入高速輥輪甩帶機中，將材料制備成條帶；4)將條帶制備成工作電極，進行電解水催化性能的測試。整個過程一次只能制備得到一個目標成分的樣品，測試后獲得一個樣品的電解水催化性能的評估。對于多個不同成分的樣品，需要重復多次過程，不僅需要大量人力財力，成本高，還存在試驗周期長，實驗效率低的問題。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑的方法，其包括：

采用PVD共濺射制備高通量薄膜樣品庫，所述高通量薄膜樣品庫由復數個不同含量合金組分的多主元電解水催化劑組成；

以及，采用三電極體系，以所述高通量薄膜樣品庫作為工作電極，向所述三電極體系通電進行電解水反應，實時記錄所述高通量薄膜樣品庫表面的氣泡信息，并至少根據氣泡的體積大小對所述高通量薄膜樣品庫表面各區域的HER催化活性進行判斷篩選。

本發明實施例還提供了由前述方法篩選獲得的多主元電解水催化劑。

本發明實施例還提供了前述方法于電解水領域中的用途。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明提供了一種高通量并行篩選多主元電解水催化劑方法，該方法主要包括高通量薄膜樣品庫的制備和并行高通量篩選兩大部分；該方法能夠快速篩選出具有最高催化性能的多組分合金，進而確定HER催化活性優異的多主元電解水催化劑。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明一典型實施方案中PVD共濺射沉積高通量薄膜樣品庫的裝置示意圖；

圖2是本發明一典型實施方案中并行高通量氣泡篩選的裝置示意圖；