镍基非晶态高熵硼磷化物电极及其制备方法

本公开涉及电解水催化材料制备，尤其涉及一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类社会不断的发展，新能源逐渐成为人们更青睐的选择。在众多新能源中，氢能具有来源丰富，储备便捷等优势，电解水制氢是一种便捷、高效、无污染的方法，但是通过现有技术中公开的技术来制备的催化材料，无法达到理想的导电性、稳定性和耐久性，限制了其在高效电解水制氢等应用中的性能表现。

2、高熵合金及其化合物是一种由五种或更多种元素以近似等摩尔比组成的，具有高的熵值和独特的结构和性能。然而，传统的高熵合金和高熵化合物的制备方法条件要求严苛，且通常得到的是高熵合金粉末，在镍基等基底材料上负载需要额外的粘结剂来固定，这限制了其在基底材料上的直接应用，同时增大了电阻且易脱落，在应用中稳定性、耐久性都较差，传统的制备方法不仅增加了制备成本和复杂性，而且严重阻碍了高熵合金及其化合物的工业化的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供了一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极及其制备方法，能够解决现有技术中存在的稳定性差、耐久性差、制备成本高、制备过程复杂等的问题。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极，包括：

3、泡沫镍，所述泡沫镍具有若干凹坑，所述泡沫镍的外表面包括凹坑外表面和普通外表面；

4、附着于所述凹坑外表面和所述普通外表面的非晶态高熵硼磷化物；所述非晶态高熵硼磷化物由若干非晶纳米球相互堆积形成；

5、所述非晶态高熵硼磷化物在所述凹坑外表面的附着力大于在所述普通外表面的附着力。

6、可选的，所述凹坑的深度为h，30nm≤h≤100nm；

7、所述凹坑的孔径为d，30nm≤d≤100nm。

8、第二方面，本公开实施例还提供了一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，采用如下技术方案：

9、对基底泡沫镍进行刻蚀处理，获得具有若干凹坑的泡沫镍；所述泡沫镍的外表面包括凹坑外表面和普通外表面；

10、根据氯化铵-氨水溶液以及高熵金属盐制备高熵前驱体溶液；

11、根据第一还原剂、第二还原剂、碱性溶液获得还原溶液；

12、将所述泡沫镍加入到所述高熵前驱体溶液中，超声处理后获得包含固体的混合溶液；

13、将所述还原溶液加入至包含固体的所述混合溶液中，超声处理后在室温中静置，获得所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极；

14、所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极包含附着于所述凹坑外表面和所述普通外表面的非晶态高熵硼磷化物；所述非晶态高熵硼磷化物由若干非晶纳米球相互堆积形成；所述非晶态高熵硼磷化物在所述凹坑外表面的附着力大于在所述普通外表面的附着力。

15、可选的，所述对基底泡沫镍进行刻蚀处理，获得具有若干凹坑的泡沫镍，包括：

16、将所述基底泡沫镍浸入硫氰酸钾溶液中进行超声处理；

17、将浓硝酸加入所述硫氰酸钾溶液中进行刻蚀处理，获得中间泡沫镍；

18、对所述中间泡沫镍进行超声清洗、干燥处理，获得所述泡沫镍。

19、可选的，所述硫氰酸钾溶液的浓度为c1，5mol/l≤c1≤8mol/l；

20、超声处理时长为t1，30s≤t1≤3min；

21、浓硝酸的质量分数为p1，65％≤p1≤68％；

22、刻蚀处理的时长为t2，5min≤t2≤15min；

23、所述硫氰酸钾溶液与所述浓硝酸的含量比为q1，1≤q1≤3；

24、所述凹坑的深度为h，30nm≤h≤100nm；

25、所述凹坑的孔径为d，30nm≤d≤100nm。

26、可选的，所述根据氯化铵-氨水溶液以及高熵金属盐制备高熵前驱体溶液，包括：

27、配置氯化铵-氨水溶液；

28、所述氯化铵-氨水溶液中的氯化铵浓度为c2，氨水的质量分数为p2，其中，氯化铵与氨水的浓度比例为q2；

29、0.5mol/l≤c2≤2mol/l，25％≤p2≤28％，10≤q2≤14；

30、将高熵金属盐加入所述氯化铵-氨水溶液中，获得铵配合金属盐溶液；

31、对所述铵配合金属盐溶液进行超声分散处理，获得清澈混合溶液；

32、调节所述清澈混合溶液的酸碱度至目标ph，获得所述高熵前驱体溶液。

33、可选的，所述高熵金属盐包括铁元素、钴元素、镍元素以及至少两种过渡金属元素；

34、所述高熵金属盐中包含的任一种金属阳离子的浓度为c3，10mmol/l≤c3≤15mmol/l；

35、所述高熵金属盐中包含的任意两种金属阳离子之间的浓度差不超过5mmol/l。

36、可选的，所述根据第一还原剂、第二还原剂、碱性溶液获得还原溶液，包括：

37、将所述第一还原剂、第二还原剂依次加入到所述碱性溶液中，超声混合获得所述还原溶液。

38、可选的，所述第一还原剂为次亚磷酸钠；

39、所述第二还原剂为硼氢化钠；

40、所述次亚磷酸钠的浓度为c4，1mol/l≤c4≤3mol/l；

41、所述硼氢化钠的浓度为c5，1mol/l≤c5≤2mol/l；

42、所述碱性溶液的浓度为c6，0.1mol/l≤c6≤0.2mol/l；

43、所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

44、可选的，所述将所述还原溶液加入至包含固体的所述混合溶液中，超声处理后在温度环境中静置，获得所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极，包括：

45、将所述还原溶液倒入至包含固体的所述混合溶液中进行超声处理，在室温中静置，获得所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极；

46、所述还原溶液的倒入速度为v，5ml/s≤v≤15ml/s；

47、进行超声处理的时长为t3，10min≤t3≤15min；

48、静置时长为t4，50min≤t4≤90min。

49、第三方面，本公开实施例还提供了一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备系统，包括：

50、刻蚀系统，用于对基底泡沫镍进行刻蚀处理，获得具有若干凹坑的泡沫镍；所述泡沫镍的外表面包括凹坑外表面和普通外表面；

51、高熵前驱体溶液制备系统，用于根据氯化铵-氨水溶液以及高熵金属盐制备高熵前驱体溶液；

52、还原溶液制备系统，用于根据第一还原剂、第二还原剂、碱性溶液获得还原溶液；

53、处理系统，用于将所述泡沫镍加入到所述高熵前驱体溶液中，超声处理后获得包含固体的混合溶液；

54、生长系统，用于将所述还原溶液加入至包含固体的所述混合溶液中，超声处理后在室温中静置，获得所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极；

55、所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极包含附着于所述凹坑外表面和所述普通外表面的非晶态高熵硼磷化物；所述非晶态高熵硼磷化物由若干非晶纳米球相互堆积形成；所述非晶态高熵硼磷化物在所述凹坑外表面的附着力大于在所述普通外表面的附着力。

56、本技术公开的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，在基底材料上诱导非晶态高熵硼磷化物稳定生长，获得导电性强、稳定性高、耐久性好的镍基非晶态高熵硼磷化物电极，无需粘结剂，成本低、操作简单，即制备出的镍基非晶态高熵硼磷化物电极具有高催化活性，由于高熵效应和非晶态结构，能够展现出优异的催化性能。具体地，通过刻蚀处理获得的若干凹坑提供了若干高附着位点，同时普通外表面也提供了附着点位，即通过凹坑外表面与普通外表面共同构成附着位点，便于诱导非晶态高熵硼磷化物在凹坑外表面和普通外表面的稳定生长；通过精确控制高熵前驱体溶液和还原溶液的组成，可以获得具有特定组成和结构的催化材料，保证化学还原反应会形成非晶纳米球在泡沫镍上面生长，保证自身较好的支撑性，使生长的非晶态高熵硼磷化物具有很好的结构稳定性，即保证自支撑生长的非晶态高熵硼磷化物稳定性强、耐久性好；该制备方法的可控性和可重复性为催化材料的工业化生产提供了可能，有助于降低成本并提高生产效率。

57、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极，其特征在于，所述凹坑的深度为h，30nm≤h≤100nm；

3.一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述对基底泡沫镍进行刻蚀处理，获得具有若干凹坑的泡沫镍，包括：

5.根据权利要求4所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述硫氰酸钾溶液的浓度为c1，5mol/l≤c1≤8mol/l；

6.根据权利要求3所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述根据氯化铵-氨水溶液以及高熵金属盐制备高熵前驱体溶液，包括：

7.根据权利要求6所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述高熵金属盐包括铁元素、钴元素、镍元素以及至少两种过渡金属元素；

8.根据权利要求3所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述根据第一还原剂、第二还原剂、碱性溶液获得还原溶液，包括：

9.根据权利要求8所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述第一还原剂为次亚磷酸钠；

10.根据权利要求3所述的镍基非晶态高熵硼磷化物电极的制备方法，其特征在于，所述将所述还原溶液加入至包含固体的所述混合溶液中，超声处理后在温度环境中静置，获得所述镍基非晶态高熵硼磷化物电极，包括：

技术总结
本申请公开了一种镍基非晶态高熵硼磷化物电极及其制备方法。其中，制备方法包括：对基底泡沫镍进行刻蚀处理，获得具有若干凹坑的泡沫镍，该泡沫镍的外表面包括凹坑外表面和普通外表面；根据氯化铵‑氨水溶液、高熵金属盐制备高熵前驱体溶液；根据第一还原剂、第二还原剂、碱性溶液获得还原溶液；将泡沫镍加到高熵前驱体溶液中，处理获得包含固体的混合溶液，将还原溶液加到该混合溶液中，处理后在室温中静置，获得包含附着于泡沫镍外表面的非晶态高熵硼磷化物的镍基非晶态高熵硼磷化物电极；非晶态高熵硼磷化物在凹坑外表面的附着力大于在普通外表面的附着力。该方法制备的电极，为自支撑式原位一体生长，稳定性强、耐久性好，成本低、操作简单。

技术研发人员：张跃,刘鹏飞,康卓,田震,谢勇,郑文豪,蒋周瑜,孙瑜,汪鑫
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23