[發明專利]一種納米高熵合金氧還原電催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202210634778.2
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114976076A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 邱鵬鵬;羅維;朱桂華;江莞;王連軍
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 劉一霖

一種納米高熵合金氧還原電催化劑的制備方法，屬于高熵合金材料制備領域。包括如下步驟：（1）以聚環氧乙烷?block?聚甲基丙烯酸甲酯（PEO?b?PMMA）作為模板劑，利用多巴胺分子的強配位作用抓捕金屬離子并與PEO端共組裝制備具有均勻金屬分布的有機?無機二維超結構前驅體；（2）在氮氣氣氛中對超結構前驅體進行熱處理，獲得了去除模板劑后形成的介孔碳框架以及原位限域形成的超小尺寸的FCC相高熵合金納米顆粒。在本發明中，納米高熵合金催化劑具有較高的組分可調性，可以在很大程度上調節電子結構性質，介孔碳載體提供較大的介孔和高的比表面積，有效促進催化過程中傳質和電子轉移。

技術領域

本發明屬于高熵合金納米材料制備領域，具體涉及一種納米高熵合金氧還原電催化劑的制備方法。

背景技術

氧還原反應（ORR）是金屬空氣電池和燃料電池等清潔高效能源裝置的重要反應過程，但由于存在多種電子轉移途徑和反應中間體，通常具有緩慢的動力學。目前商業化使用的貴金屬催化劑雖然具有較高的催化效率但其高昂的成本不利于大規模應用，因此需要開發更為高效且低廉的氧還原催化劑。

高熵合金（HEAs）由五種或五種以上的金屬元素以等（近）摩爾比形成，具有較高的組分可調性，它突破了傳統合金的設計思路，為金屬材料的發展開辟了新的研究方向。在過去的十幾年里，對于HEAs的研究主要集中在體相結構材料上，探索其硬度、彈性模量、剪切模量、拉伸強度和熱膨脹系數等力學性能。近年來，納米尺度HEAs在電催化等功能性應用中展現出了巨大的潛質，這是由于其獨特的電子結構使其在各種催化反應中具有豐富可調的活性位點和相對連續的能量位壘。

研究者一直致力于開發納米化HEAs的合成技術，目前報道的方法有：碳熱震蕩法，濺射沉積法，電沉積法，激光合成法等，均可以合成組分可調、結構可控的納米高熵合金。但這些方法存在設備昂貴、操作復雜、所需能量高、產量低等問題導致材料造價高，阻礙了其推廣應用，所以目前納米高熵合金技術的重點是開發設備要求低、步驟更簡便、條件更溫和、適于大規模生產的合成工藝。

另一方面，HEAs的構建通常需要高溫退火，這容易導致納米顆粒的快速生長和聚集。介孔碳載體的孔道限域效應能夠抑制其燒結，而且由于其獨特的性質，如相互連接的多孔框架、均勻的孔徑分布和高比表面積，在催化過程中能夠有效地促進傳質和電子轉移。而如何將HEAs納米顆粒沉積到介孔孔隙中仍是一個極具難度的技術挑戰。

發明內容

本發明目的是克服現有技術的不足，提供一種簡易、溫和的制備氮摻雜介孔碳上原位生長納米高熵合金氧還原電催化劑的方法。

本發明提供的一種納米高熵合金氧還原電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：制備兩親性嵌段共聚物PEO-b-PMMA；

步驟2：將步驟1中制得的PEO-b-PMMA溶于四氫呋喃（THF）中，磁力攪拌形成半透明溶液，再與水/乙醇溶液快速混合，生成具有明顯丁達爾效應的膠束膠體溶液；

步驟3：向步驟2溶液中加入多巴胺（DP）攪拌均勻，再在磁力攪拌下依次加入所需制備高熵合金相應的五種金屬鹽；

步驟4：步驟3中溶液中加入氧化石墨烯（GO），超聲均勻；

步驟5：將步驟4中反應體系，用一定量的氨水調節pH，在磁力攪拌條件下反應；

步驟6：將步驟5中溶液進行離心洗滌得到樣品；