[发明专利]一种阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金及其制备方法

说明书

本发明涉及功能材料领域，公开了一种阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金及制备方法。制备原料为Fe、Mn、Co、Ni、P粉末，制备方法为机械合金化法。具体如下：将上述金属粉末和非金属粉末按照设定比例称取，在真空手套箱中将称取的粉末装入硬质合金球磨罐中并加入适量分散剂随后密封取出，密封后的球磨罐安装在球磨机上进行合金化球磨，球磨若干小时候后得到的粉末即为阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金。本发明所制备的阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金具有优异的电催化阳极析氧性能，且制备过程仅需一步合成，简单实用。

技术领域

本发明涉及一种电解水反应阳极析氧催化材料的设计与制备技术,属于催化材料制备的技术领域。

背景技术

能源与环境是制约当今世界发展的两大主要问题。开发具有安全、高效、可持续特性的清洁能源是解决能源与环境问题的关键所在。H₂作为一种清洁、无污染的可再生能源，具有很高的能量密度，是同时应对能源和环境两大问题的理想选择。电解水是目前工业上制取H₂的重要手段，在电解水系统中，电极的阴极和阳极分别同时析出H₂和O₂。但是阳极析氧反应需要较高的活化极化电位，这成为电解水反应能耗大、效率低的主要原因。在燃料电池、金属空气电池系统中阳极析氧反应同样是关键反应过程，其较高的活化极化电位也制约了上述研究的发展。因此，开发析氧过电位低、稳定性好的阳极催化材料对于电解水制氢和燃料电池等产业具有极其重要的意义。

当前，具有较低析氧过电位的电催化材料主要是贵金属氧化物RuO₂、IrO₂和RhO₂等。然而贵金属氧化物RuO₂和IrO₂在碱性电介质中的析氧过电位较高，且其在碱性电解质中耐腐蚀性较低、稳定性较差，价格又相当昂贵。过渡族金属Fe、Co、Ni是上述贵金属的同族金属元素，具有与相应贵金属类似的电子结构，且在地壳中的丰度较高，因此过渡族金属Fe、Co、Ni等的合金是潜在的电催化材料。又因为非晶合金具有优异的耐腐蚀性能，所以Fe、Co、Ni为主要成分的非晶合金是极具潜力的阳极析氧催化材料。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种用于阳极析氧催化剂的FeMnCoNiP非晶合金材料的成分设计和制备方法，该成分设计拓展了非晶合金的功能应用，制备方法简单实用，材料的催化效果高效稳定。

技术方案：本发明的第一个方面，提供了一种用于制备电解水反应阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金，该材料成分上为非晶合金，形貌上为亚微米的粉体颗粒。所述的FeMnCoNiP非晶合金材料各个金属组元的含量范围为原子分数20-31％，非金属元素P的含量范围为原子分数5-10％。

本发明的第二个方面，所述的FeMnCoNiP非晶合金材料在电解水反应阳极析氧催化中的应用。所述的FeMnCoNiP非晶合金材料的粒径为亚微米的粉体颗粒，适用于电解水反应的阳极析氧催化剂。

本发明的第三个方面，提供了一种阳极析氧催化剂FeMnCoNiP非晶合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照设定的各组分比例称取Fe、Mn、Co、Ni、P粉末；

(2)将步骤(1)中称取的粉末在真空手套箱的高纯Ar气环境中装入同一个硬质合金球磨罐中，磨球与磨料的质量比为15:1～30:1；

(3)滴入酒精分散剂于步骤(2)中的硬质合金球磨罐中随后密封并取出手套箱；

(4)将步骤(3)中密封的硬质合金球磨罐安装在球磨机上进行合金化球磨；

(5)将步骤(4)中合金化球磨后得到的粉体取出即可得到FeMnCoNiP非晶合金材料。

其中，