【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于甲醇氧化反應，尤其涉及一種高熵合金催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、直接甲醇燃料電池(dmfcs)是一種能量轉換裝置，具有較高能量密度和功率密度，較低操作溫度和較為簡單的燃料處理過程使它在便攜式設備和小型電子產品中很受歡迎。但dmfcs由于甲醇的氧化反應相對較慢，并且催化劑的長期穩定性較差，因此需要高效催化劑加速反應速率，提升氧化反應的整體性能。目前pt作為dmfcs中甲醇氧化反應（mor）最有效的陽極催化劑之一，其成本高、活性不足、易co中毒以及穩定性差，導致其應用受到限制。為應對這些問題，研究者們致力于將pt與其他元素合金化，這一策略有效調整pt的結構和電子性質，傳統的合金設計通常集中在僅使用一到兩個金屬元素，這限制了pt基合金的開發潛力，近年來，高熵合金由于其優異的力學性能、耐腐蝕性和熱穩定性等特點受廣泛關注。
2、高熵合金，由至少五種金屬元素融合而成，展現出四大顯著特性：高熵效應、晶格畸變效應、遲滯擴散效應以及獨特的“雞尾酒效應”。這些效應相互協同，賦予了高熵合金優異的穩定性與可調的催化活性，特別是在電化學特性方面，多種金屬元素的共同作用能夠顯著提升其催化活性，展現出非凡的性能優化潛力。專利cn116574957a公開了一種高熵合金及其制備方法、膜電極組件和燃料電池，高熵合金制備方法繁瑣冗長，即在表面活性劑、還原劑、溶劑以及氮氣和惰性氣體中的至少一種保護氣氛下進行攪拌氧化還原反應，且高熵合金催化劑的合成要先以pdptcu納米片為晶種，總時長超過22h才可得到pdptcupbbiunrs/
技術實現思路
1、本專利技術目的在于提供一種高熵合金催化劑及其制備方法和應用，解決目前甲醇氧化催化劑成本高、活性不足、co中毒、穩定性差和制備時間長，制備過程繁瑣的問題。
2、為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
3、一種高熵合金催化劑，以碳為載體，包含pt、w、ni、co、cu五種金屬元素，記作ptwnicocu/c-x。
4、優選的，所述高熵合金催化劑中金屬顆粒的尺寸小于10nm。
5、上述高熵合金催化劑的制備方法，包括如下步驟：
6、s1：將碳載體分散于溶劑中，超聲處理30min后，將前驅體溶液分別加入到溶劑中，前驅體溶液為pt、w、ni、co、cu五種金屬的鹽溶液，液然后在室溫下用減壓蒸餾旋轉蒸發儀真空攪拌0.5~2h，使金屬前驅體均勻分散；
7、s2：將s1溶液經超聲霧化器霧化后由載氣帶入高溫反應爐中進行2h熱分解還原，冷卻至室溫即得到催化劑ptwnicocu/c-x。
8、優選的，所述步驟s1中碳載體選自科琴黑或xc-72導電碳黑。
9、優選的，所述步驟s1中溶劑為無水乙醇或乙二醇，所述五種金屬的鹽溶液為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或者多種。
10、優選的，所述步驟s1中每種金屬元素的摩爾含量占總金屬摩爾含量的18％～22％。
11、優選的，所述步驟s2中載氣為氫氬混合氣，氫氣占比為10%~20%。
12、優選的，所述步驟s2中的載氣進入速度為5~10l/min，熱分解還原溫度為500~800℃。
13、優選的，所述步驟s2中催化劑ptwnicocu/c-x中金屬占總質量的20%。
14、上述高熵合金催化劑的應用，用于甲醇電催化氧化，作為直接甲醇燃料電池的陽極反應的電催化劑，應用的具體步驟為：
15、工作電極的制備：稱取2mg本專利技術所制備的催化劑并依次加入970μl無水乙醇和水的混合物（無水乙醇：水=1：3）和30μl?nafion溶液（5?wt%），將漿料冰水浴超聲1h后制得催化劑墨水，然后移取10μl滴涂在處理好的玻碳旋轉圓盤電極（d=5mm），滴涂完畢后室溫下干燥得到工作電極。
16、電化學性能測試均在普林斯頓電化學工作站pmc1000上進行，測試溫度為室溫，測試體系為標準三電極體系，其中hg/hgo電極、鉑網（1.5*1.5?cm）分別為參比電極和對電極，涂覆有催化劑的旋轉圓盤電極為工作電極，進行甲醇氧化測試之前，三電極體系用高純n2飽和，以排除電解液中溶解的氧氣。
17、循環伏安測試（cv）：測試掃描范圍為0.05~1.05v（vs.rhe），掃描速率為50mv·s-1。
18、co剝離測試：測試掃描范圍為0.05~1.05v（vs.rhe），掃描速率為50mv·s-1。
19、計時電流測試（i-t）：測試的參數設置為恒電位0.6v（vs.rhe），測試時間為20000s。
20、與現有技術相比，本專利技術取得的有益效果：
21、（1）該專利技術制備方法采用超聲噴霧霧化技術精心調控了碳載體上合金的均勻分布，避免團聚現象的發生；噴霧熱分解法所制備的高熵合金形貌易于控制呈規則的球形且粒徑均勻（小于10nm），此外此制備方法使得催化劑具有較高的電化學活性面積（95.98m2·g-1pt），使其暴露出更多的活性位點，增加與反應物的接觸面積，活性高，提高了反應的效率和速率；
22、（2）噴霧熱分解法無過濾、洗滌、干燥、粉碎過程，制備時間短，制備過程簡便、生產效率高、具有普適性，僅使用無水乙醇或乙二醇作為溶劑無需添加任何還原劑、對環境友好，防止co中毒，符合可持續發展的要求；
23、（3）本專利技術通過采用多種非貴金屬取代傳統的pt貴金屬，貴金屬pt使用量的大幅降低，降低催化劑成本；同時，多種元素的結合使得高熵合金具有可調控的電子結構，進一步提升其電化學活性；
24、（4）五種金屬形成了單一相的高熵化合物，化學組成無序、晶格畸變使其金屬元素的擴散速度顯著減緩，進一步提高催化劑的穩定性以及催化劑的可重復利用性，為催化劑性能的優化提供了新的思路；
25、（5）該專利技術的高熵合金催化劑首次應用于直接甲醇氧化反應陽極甲醇反應，并展現出優異的電催化活性（6.4amg-1pt@0.8vvs.rhe），這一性能表現不僅超越了目前最好的商業鉑碳催化劑，更為電催化甲醇氧化催化劑的研究和應用提供了新的方向和思路。
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1.一種高熵合金催化劑，其特征在于，以碳為載體，包含Pt、W、Ni、Co、Cu五種金屬元素，記作PtWNiCoCu/C-x。
2.根據權利要求1所述的一種高熵合金催化劑，其特征在于，高熵合金催化劑中金屬顆粒的尺寸小于10nm。
3.權利要求1所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中碳載體選自科琴黑或XC-72導電碳黑。
5.根據權利要求3或4任一項所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中溶劑為無水乙醇或乙二醇，所述五種金屬的鹽溶液為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或者多種。
6.根據權利要求5所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中每種金屬元素的摩爾含量占總金屬摩爾含量的18％～22％。
7.根據權利要求6所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中載氣為氫氬混合氣，氫氣占比為10%~20%。
8.根據權利要求7所述的一種高熵合金催化劑
9.根據權利要求8所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中催化劑PtWNiCoCu/C-x中金屬占總質量的20%。
10.權利要求1所述的一種高熵合金催化劑的應用，其特征在于，用于甲醇電催化氧化，作為直接甲醇燃料電池的陽極反應的電催化劑，應用的具體步驟為：
...【技術特征摘要】
1.一種高熵合金催化劑，其特征在于，以碳為載體，包含pt、w、ni、co、cu五種金屬元素，記作ptwnicocu/c-x。
2.根據權利要求1所述的一種高熵合金催化劑，其特征在于，高熵合金催化劑中金屬顆粒的尺寸小于10nm。
3.權利要求1所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中碳載體選自科琴黑或xc-72導電碳黑。
5.根據權利要求3或4任一項所述的一種高熵合金催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中溶劑為無水乙醇或乙二醇，所述五種金屬的鹽溶液為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽中的一種或者多種。
6.根據權利要求5所述的一種高熵合金催化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：左志軍，陳艷群，李剛森，高志華，馬忠，趙強，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：
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