纳米多孔高熵合金的脱合金法制备及其电催化性能的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanyikuaile1112
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现代生活对化石燃料的使用过于依赖,而随着其带来的环境污染的日益严重,新能源也愈来愈受到人们的关注。以锂离子电池、燃料电池以及空气电池为代表的新能源的发展也不断进步。然而,催化剂一直也来都是限制燃料电池和金属空气电池发展的重要因素。过度依赖贵金属、催化剂稳定性差等因素严重影响了这些新能源技术的推广。开发出稳定性好同时尽可能少的使用贵金属的催化剂是目前相关研究的重点。由五种或者五种以上的合金元素按照等原子比或者相近的原子比合金化而形成的合金称作高熵合金。由于特殊的高熵效应、以及多组元带来的晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应,使得高熵合金和传统合金存在很多性能上的差异,拥有一些优异或者独特的性质,如高强度、高硬度、良好的热稳定性、优异的耐磨和耐腐蚀性以及独特的电、磁、光、热等特性。但是目前对于高熵合金的研究主要还是围绕着结构材料领域的运用。通过引用脱合金法的方法将高熵合金制备到纳米级别。脱合金制备纳米多孔金属材料的原理是通过合金各组分电化学电极电势的不同,选择性腐蚀掉电极电位最低的活泼元素,剩下的稳定的元素便会扩散/自组装形成均匀双连续的纳米多孔金属结构。通过传统的熔炼方法和甩带技术将铝和一些不溶于碱性溶液的金属制备得到铝基高熵合金条带,再使用碱性溶液去除铝,进而得到纳米多孔高熵合金。首先将设想运用到含有贵金属的高熵合金中,由于贵金属的稳定、不易氧化性等特点,更容易得到想要的结果。所以设计了六组分Al97.5Ni0.5Cu0.5Pt0.5Pd0.5Au0.5合金,通过表征手段验证了我们得到了想要的结果,接着又推广到了含贵金属的更多组元的高熵合金,比如八元合金Al97.2Ni0.4Cu0.4Pt0.4Pd0.4Au0.4Co0.4Fe0.4,结果表明,组分元素并不会对形成的合金相有太大的影响,两者结果验证了这种制备纳米级别的高熵合金的方法的可行性。通过对六元合金的性能测试,发现其催化性能、热稳定性都非常出色。接着又推广到了不含有贵金属的材料中,设计元素组成为Al97Ni1.5Co0.5Fe0.5X0.5(X:Mo、Cu、Mn、Cr、V、Zr、Nb)的五组分合金,并且设计了一系列三元、四元、六元合金进行对比。结果表明,纳米级非贵金属高熵材料的氧化并没有非常严重,由于其疏松的多级孔结构,催化活性位点也会比一般的催化剂更多。非贵金属会溶于酸中,所以测试只能在碱性溶液中进行。测试结果也符合预期,五元合金由于高熵效应和电子效应,性能稳定性都表现的非常优异。实验结果表明这种简单的方法可以制备出了纳米级别的高熵材料。材料的催化性能优异。并且由于脱合金法的特殊性,可以很轻易的根据所需改变材料的组分,所以这种制备方法能够得到很好地运用和拓展。
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