CN115652228A - 一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 - Google Patents
一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115652228A CN115652228A CN202211342715.6A CN202211342715A CN115652228A CN 115652228 A CN115652228 A CN 115652228A CN 202211342715 A CN202211342715 A CN 202211342715A CN 115652228 A CN115652228 A CN 115652228A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- entropy alloy
- heat treatment
- hydrogen evolution
- evolution performance
- alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 107
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 103
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 23
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 10
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 7
- 229910018062 Ni-M Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 abstract 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 2
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
- C25B11/089—Alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
本发明提出了一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法，属于电解水催化领域。所述方法包括如下步骤：按设计的高熵合金组分配置原材料(FeCoNiCrM体系)，采用真空熔炼法或粉末冶金法制备块体，然后进行热处理，化学刻蚀，得到高活性的高熵合金催化电极。本发明通过多次热处理调控，获得组织均匀、晶粒细小且有微/纳米级沉淀相析出的高熵合金，析出相为可控尺寸的高催化活性的金属间化合物相，进而显著提高其电催化析氢性能。
Description
【技术领域】
本发明设计一种热处理提高铁基高熵合金催化析氢性能的方法，属于电解水制氢催化剂技术领域。
【背景技术】
随着科技的发展，社会的进步，能源问题变得越来越突出，化石能源开采过渡，空气污染严重等问题都对人类提出了巨大的挑战。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。目前，获取氢气最理想的方法之一为电解水制氢，即利用风能，太阳能和潮汐能等所产生的富余电能将水电解，在阴极和阳极分别产生氢气和氧气(通常称为析氢反应HER和析氧反应OER)，但是由于电解过程中存在能耗高，转换效率低等问题，寻找高效催化剂来降低反应过电位就变得极为重要。
目前应用最为广泛的电催化剂是以贵金属(Pt、Pd等)和少量过渡金属(Cu、Fe等)为代表的单组元材料。Pt仍然是析氢性能最好的电催化剂，但是贵金属基催化剂仍然不能满足大规模应用的需求。因此，寻找能够有效降低析氢过电位的非贵金属催化剂对于实现电解水技术的大规模应用具有非常重要的意义。
近年来提出的高熵合金具备占位无序和晶格有序的结构特点，以及广泛的成分调制范围和固有的复杂表面为获得一个接近连续分布的吸附能曲线提供了可能。这就意味着，可以通过多元合金化来获得最优化的吸附强度，从而实现活性最大化。因此被应用于电催化材料的设计。专利202110896192.9公开了一种高熵合金纤维的制备方法及其在析氢方面的应用，其按照化学式Fe20Co20Ni20Mo20Al20真空电弧熔炼并通过抽拉得到合金纤维，该高熵合金纤维作为电化学催化剂应用于电化学析氢析氧，析氧过电位可达230mV,析氢过电位为180mV左右。专利202011404595.9公开了一种用于析氢催化的高熵合金，其金属原料中Fe：W：Mo为1：1：1，Co：Ni为1：1，通过无压烧结得到亚微米多孔结构的高熵合金，其析氢过电位可达50-60mV.虽然上述催化剂的成本显著降低了，但过电位仍明显高于商用催化剂Pt/C(37mV)，这主要归因于高熵合金本身活性比表面积较小。
由于高熵合金的迟滞扩散效应，因此易于形成纳米结构的调幅组织，由于调幅组织带来的活性比表面积的增大，可以进一步提高高熵合金电催化析氢性能。热处理是材料加工中的重要工序，恰当的热处理工艺，可以消除铸锻焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，通过改变材料的内部组织结构，改善其性能。专利202010515558.9公布了一种通过热处理消除高熵合金调幅组织的方法，该方法成本低、方法简单，但是通过调控热处理工艺消除了高熵合金的纳米级析出相。对于催化剂来说，有效的活性位点越多，其电催化析氢性能越好，运用热处理工艺使高熵合金析出不同尺寸、数量的微纳米级金属间化合物，从而提高其电催化析氢性能。
【发明内容】
发明目的：针对现有铁基高熵合金比表面积较小、析氢催化性能差的问题，本发明提供了一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法。
本发明通过如下技术方案实现：
一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将制备的高熵合金块体进行高温固溶和扩散退火，细化初生金属间化合物相的尺寸；(2)将高熵合金淬火；再在不同温度下进行时效处理，析出不同尺寸的金属间化合物相；(3)进行化学刻蚀，得到高活性高熵合金电催化电极。
进一步，步骤(1)中所述高熵合金为Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金，其中M为Al或TiAl其中的一种，按质量百分比组成：铁18-23％，钴19-24％，铬17-21％，镍19-24％，M 10-25％；
进一步，步骤(1)中所述高熵合金块体采用真空熔炼法或粉末冶金法制备；
进一步，步骤(1)中所述热处理工艺在氩气保护或真空气氛中进行；
进一步，步骤(1)中所述高温固溶和扩散退火工艺为1200-1300℃保温30-90min；
进一步，步骤(2)中所述淬火工艺为1100-1200℃保温30-90min，然后进行气冷、油冷或水冷；
进一步，步骤(2)中所述时效处理工艺为400-1000℃保温60-180min，然后进行空冷；
进一步，步骤(3)中所述化学刻蚀方法为0.5MHCl浸泡10-25h。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
(1)本发明采用非贵金属元素制备高熵合金，显著降低了成本，易于制备大尺寸工业化析氢电极，稳定性和耐酸、碱腐蚀能力强。
(2)本发明通过固溶时效处理使高熵合金晶粒细化均匀，并析出纳米沉淀活性金属间化合物相，显著增大了高熵合金的比表面积，高熵合金的析氢过电位明显降低。
(3)本发明通过化学刻蚀的方法大幅度提升了FeCoCrNiM高熵合金的电催化析氢性能，所得析氢催化剂的过电位显著降低。
(4)本发明方法的工艺简单、高效、成本低，可以运用于实际的生产过程中，提升企业的生产效益；此外，在高熵合金中没有研究者提出合理有效的通过热处理工艺调控高熵合金微纳米级金属间化合物相析出的方法，因此本发明还给予科研人员有借鉴的价值。
【附图说明】
图1是实施例1制备的FeCoCrNiAl高熵合金固溶时效态的显微组织图；
图2是实施例2制备的FeCoCrNiAl高熵合金固溶时效态的显微组织图；
图3是实施例3制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金固溶时效态的显微组织图；
图4是实施例4制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金固溶时效态的显微组织图；
图5是实施例4制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金化学刻蚀后的显微组织图；
图6是实施例1-4制备的FeCoCrNiM系高熵合金固溶时效态的X射线衍射图谱，(a)为实施例1制备的FeCoCrNiAl高熵合金固溶时效态，(b)为实施例2制备的FeCoCrNiAl高熵合金固溶时效态，(c)为实施例3制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金固溶时效态，(d)为实施例4制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金固溶时效态；
图7是实施例1-2制备的FeCoCrNiAl系高熵合金试样的LSV曲线，(a)为实施例1制备的FeCoCrNiAl高熵合金铸态态，(b)为实施例1制备的FeCoCrNiAl高熵合金淬火态，(c)为实施例1制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金固溶时效态，(d)为实施例2制备的FeCoCrNiAl高熵合金固溶时效态；
【具体实施方式】
第一实施例：
本实施例一中所述的Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金为FeCoCrNiAl高熵合金。
(1)将通过真空熔炼法制备的FeCoCrNiAl高熵合金置于氩气保护下在1200℃保温30min进行高温固溶和扩散退火。
(2)将高温固溶和扩散退火之后的FeCoCrNiAl高熵合金进行淬火，在1150℃下保温30min，然后进行油冷。
(3)将淬火之后的FeCoCrNiAl高熵合金进行600℃保温60min的回火处理，然后进行空冷。(4)将冷却处理后的FeCoCrNiAl高熵合金在1MHCl中浸泡15h得到刻蚀后的试样。
测试与分析：分别取上述步骤(1)、(2)、(3)中的FeCoCrNiAl高熵合金式样，然后通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别进行观察：得到如图1所示的FeCoCrNiAl高熵合金XRD衍射图谱和FeCoCrNiAl高熵合金式样的显微组织图(如图2所示)，从图2中可以看出固溶时效处理式样下FeCoCrNiAl高熵合金中存在大量的调幅组织。
将上述步骤(1)、(2)、(3)、(4)试样制备成电极后，采用电化学工作站三电极体系，以高熵合金为工作电极，Hg/HgO为参比电极，Pt片电极为对电极，1MKOH溶液为电解液，在析氢反应体系中进行线性伏安循环、活化高熵合金材料；然后进行开路电位和阴极极化测试其析氢性能。
第二实施例：
本实施例二中所述的Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金为FeCoCrNiAl高熵合金。
(1)将通过粉末冶金法制备的FeCoCrNiAl高熵合金置于氩气保护下在1200℃保温30min进行高温固溶和扩散退火。
(2)将高温固溶和扩散退火之后的FeCoCrNiAl高熵合金进行淬火，在1150℃下保温30min，然后进行油冷。
(3)将淬火之后的FeCoCrNiAl高熵合金进行800℃保温60min的回火处理，然后进行空冷。(4)将冷却处理后的FeCoCrNiAl高熵合金在1MHCl中浸泡15h得到刻蚀后的试样。
测试与分析：取上述步骤(3)中经过固溶时效处理后的FeCoCrNiAl高熵合金式样，然后通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别进行观察：得到如图1所示的FeCoCrNiAl高熵合金XRD衍射图谱和FeCoCrNiAl高熵合金式样的显微组织图(如图2所示)。
将上述步骤(3)试样制备成电极后，采用电化学工作站三电极体系，以高熵合金为工作电极，Hg/HgO为参比电极，Pt片电极为对电极，H2SO4溶液为电解液，在析氢反应体系中进行线性伏安循环、活化高熵合金材料；然后进行开路电位和阴极极化测试其析氢性能。
第三实施例：
本实施例三中所述的Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金为FeCoCrNiTiAl高熵合金。
(1)将通过真空熔炼法制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金置于氩气保护下在1200℃保温30min进行高温固溶和扩散退火。
(2)将高温固溶和扩散退火之后的FeCoCrNiTiAl高熵合金进行淬火，在1150℃下保温30min，然后进行油冷。
(3)将淬火之后的FeCoCrNiTiAl高熵合金进行600℃保温60min的回火处理，然后进行空冷。
(4)将冷却处理后的FeCoCrNiTiAl高熵合金在1MHCl中浸泡15h得到刻蚀后的试样。测试与分析：分别取上述步骤(1)、(2)、(3)中的FeCoCrNiAl高熵合金式样，然后通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别进行观察：得到如图3所示的FeCoCrNiAl高熵合金XRD衍射图谱和FeCoCrNiAl高熵合金式样的显微组织图(如图4所示)，从图4中可以看出固溶时效处理式样下FeCoCrNiAl高熵合金中存在大量的调幅组织。取上述步骤(4)中的FeCoCrNiAl高熵合金式样进行扫描电镜(SEM)观察，得到化学刻蚀之后的显微组织图。
将上述步骤(1)、(2)、(3)试样制备成电极后，采用电化学工作站三电极体系，以高熵合金为工作电极，Hg/HgO为参比电极，Pt片电极为对电极，1MKOH溶液为电解液，在析氢反应体系中进行线性伏安循环、活化高熵合金材料；然后进行开路电位和阴极极化测试其析氢性能。
第四实施例：
本实施例四中所述的Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金为FeCoCrNiTiAl高熵合金。
(1)将通过粉末冶金法制备的FeCoCrNiTiAl高熵合金置于氩气保护下在1200℃保温30min进行高温固溶和扩散退火。
(2)将高温固溶和扩散退火之后的FeCoCrNiTiAl高熵合金进行淬火，在1150℃下保温30min，然后进行油冷。
(3)将淬火之后的FeCoCrNiTiAl高熵合金进行800℃保温60min的回火处理，然后进行空冷。
(4)将冷却处理后的FeCoCrNiTiAl高熵合金在1MHCl中浸泡15h得到刻蚀后的试样。测试与分析：取上述步骤(3)中经过固溶时效处理后的FeCoCrNiAl高熵合金式样，然后通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分别进行观察：得到如图1所示的FeCoCrNiAl高熵合金XRD衍射图谱和FeCoCrNiAl高熵合金式样的显微组织图(如图2所示)。
将上述步骤(3)试样制备成电极后，采用电化学工作站三电极体系，以高熵合金为工作电极，Hg/HgO为参比电极，Pt片电极为对电极，H2SO4溶液为电解液，在析氢反应体系中进行线性伏安循环、活化高熵合金材料；然后进行开路电位和阴极极化测试其析氢性能。
Claims (9)
1.一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将制备的高熵合金块体进行高温固溶和扩散退火，细化初生金属间化合物相的尺寸；然后，将高熵合金淬火；再在不同温度下进行时效处理，析出不同尺寸的金属间化合物相；最后进行化学刻蚀，得到高活性高熵合金电催化电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高熵合金为Fe-Co-Cr-Ni-M系高熵合金，其中M为Al或TiAl其中的一种，按质量百分比组成：铁18-23％，钴19-24％，铬17-21％，镍19-24％，M 10-25％。
3.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述高熵合金块体采用真空熔炼法或粉末冶金法制备。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理工艺在氩气保护或真空气氛中进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温固溶和扩散退火工艺为1200-1300℃保温30-90min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淬火工艺为1100-1200℃保温30-90min，然后进行气冷、油冷或水冷。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时效处理工艺为400-1000℃保温60-180min，然后进行空冷。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学刻蚀方法为0.5MHCl浸泡10-25h。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经过上述热处理后，合金的电催化析氢性能得到显著提高。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211342715.6A CN115652228A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 |
| CN202311378226.0A CN117385255A (zh) | 2022-10-26 | 2023-10-23 | 一种高熵合金复合材料及其制备方法与用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211342715.6A CN115652228A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115652228A true CN115652228A (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=84993716
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211342715.6A Pending CN115652228A (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 |
| CN202311378226.0A Pending CN117385255A (zh) | 2022-10-26 | 2023-10-23 | 一种高熵合金复合材料及其制备方法与用途 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311378226.0A Pending CN117385255A (zh) | 2022-10-26 | 2023-10-23 | 一种高熵合金复合材料及其制备方法与用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN115652228A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116103592A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-12 | 北京中辰至刚科技有限公司 | 一种高熵合金的热处理方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200157663A1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-21 | City University Of Hong Kong | High entropy alloy structure and a method of prepating the same |
| CN111850372A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-30 | 湘潭大学 | 一系列FeCoCrNiW(VC)X高熵合金的制备及其沉淀强化工艺 |
| CN112553517A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 湘潭大学 | 一种耐磨CrMoNiTaHfW高熵合金制备方法与工艺 |
| CN112725818A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-30 | 西北工业大学 | 一种用于电解水的多孔高熵合金自支撑电极及方法 |
| WO2022132883A1 (en) * | 2020-12-15 | 2022-06-23 | University Of Maryland, College Park | Multi-element compound nanoparticles, and systems and methods of making and use thereof |
-
2022
- 2022-10-26 CN CN202211342715.6A patent/CN115652228A/zh active Pending
-
2023
- 2023-10-23 CN CN202311378226.0A patent/CN117385255A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200157663A1 (en) * | 2018-11-20 | 2020-05-21 | City University Of Hong Kong | High entropy alloy structure and a method of prepating the same |
| CN111850372A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-30 | 湘潭大学 | 一系列FeCoCrNiW(VC)X高熵合金的制备及其沉淀强化工艺 |
| CN112553517A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 湘潭大学 | 一种耐磨CrMoNiTaHfW高熵合金制备方法与工艺 |
| CN112725818A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-30 | 西北工业大学 | 一种用于电解水的多孔高熵合金自支撑电极及方法 |
| WO2022132883A1 (en) * | 2020-12-15 | 2022-06-23 | University Of Maryland, College Park | Multi-element compound nanoparticles, and systems and methods of making and use thereof |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116103592A (zh) * | 2023-04-12 | 2023-05-12 | 北京中辰至刚科技有限公司 | 一种高熵合金的热处理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117385255A (zh) | 2024-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110055552B (zh) | 一种高效氮化镍析氢电极制备方法 | |
| CN108914156B (zh) | 一种Fe-Co-Mo-P-C系非晶合金电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111450851B (zh) | 一种硫掺杂的钴基纳米析氧电催化剂的制备方法 | |
| Shen et al. | Steel mesh reinforced Ni (OH) 2 nanosheets with enhanced oxygen evolution reaction performance | |
| CN110339850A (zh) | 一种用于析氢反应的Fe-Co-Ni-P-C系高熵合金电催化剂及其制备方法 | |
| Ghobrial et al. | Amorphous Ni-Nb-Y alloys as hydrogen evolution electrocatalysts | |
| CN115652228A (zh) | 一种通过热处理提高高熵合金电催化析氢性能的方法 | |
| CN114250486B (zh) | 一种表面纳米多孔NiMoCu催化剂的制备方法 | |
| CN113512738B (zh) | 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用 | |
| CN116288480A (zh) | 一种氮还原用纳米多孔NiBi合金催化剂的制备方法 | |
| CN114150330B (zh) | 一种FeCoNiMo高熵合金粉末析氧催化剂及其制备方法 | |
| CN114892206B (zh) | 一种多元金属氮化物异质结纳米棒阵列复合电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114717573B (zh) | 一种具有异相结的钴基金属/金属氧化物析氢催化剂及其制备与应用 | |
| CN114481188B (zh) | 一种表面氮掺杂电极制备方法 | |
| CN112921335B (zh) | 一种二硫化钼掺杂金属基体自支撑电极的制备方法 | |
| CN113235129B (zh) | 一种氮化钒/碳化钨复合电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN115341236A (zh) | 一种二硒化钴电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN114277397A (zh) | 一种核壳结构的电催化析氢催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN115491699A (zh) | 一种纳米铜基催化剂及其制备方法以及在二氧化碳和一氧化碳电催化还原中的应用 | |
| CN112981442A (zh) | 一种用于碱性全解水的FeCoMoPC系非晶合金及其制备方法 | |
| CN116288462B (zh) | 一种提高Fe基非晶合金电化学析氧催化性能的方法 | |
| CN114892062B (zh) | 一种用于高效产氢的多孔高熵合金材料及其制备方法 | |
| CN112575346B (zh) | 一种用于高效酸性析氧反应的超稳定电催化剂材料及其制备方法 | |
| CN115558951A (zh) | 非晶纳米多孔镍合金一体式电极、制备方法及其应用 | |
| CN118272837A (zh) | 一种高效硝酸盐还原阴极的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20230131 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |