一种纳米多孔Fe基非晶合金及制备方法和在析氧催化电极上的应用与流程

本发明涉及一种纳米多孔Fe基非晶合金及制备方法和在析氧催化电极上的应用。具体地涉及以Fe基非晶/纳米晶合金为前驱体，根据非晶相与纳米晶相具有不同的耐蚀性，通过对纳米晶相进行选择性腐蚀制备纳米多孔Fe基非晶合金。并将此多孔非晶合金应用在电解水析氧催化电极上，以获得高的催化活性。

背景技术：

电解水制氢是制备清洁能源氢的重要方式，具有环境友好、原料丰富、产气纯净等优点。但是在电解水过程中，电极表面、尤其是阳极析氧电极表面会发生极化作用导致电极反应偏离平衡电极电位，从而引起过电位，造成能耗增大。因此，研究具有高析氧催化活性的阳极材料，解决析氧过电位过高的问题，对于提高电解水制氢的能量效率、降低制氢成本，进而促使化石燃料向清洁能源的大规模转变具有重要的科学意义。

目前对析氧电极材料的研究主要集中于贵金属及其氧化物、过渡金属及其氧化物。其中，过渡金属Fe、Ni、Mn、Co金属及其氧化物在碱性介质中表现出较高的析氧催化活性，具有析氧过电位低、耐蚀性强、稳定性好、成本低廉等优点。纳米尺度的过渡金属具有高的化学活性及比表面积，从而具有优异的析氧催化活性。另外Fe-Ni，Fe-Co，Fe-Mo纳米合金材料也被广泛应用在磁性，吸波等领域。而将纳米颗粒制成非晶态会使其表面处于亚稳态，从而大大提高其催化活性、耐蚀性及磁性能。

与传统的纳米颗粒催化剂相比，纳米多孔金属材料由处于纳米尺度的金属骨架及孔隙所组成，具有三维双连续多孔结构，可避免衬底的影响和纳米颗粒团聚造成的失活。近年来，纳米多孔金属材料以其高的比表面积、轻质、和节约原材料等特点在催化、过滤、表面等离子体共振、传感、热交换、药物输送等方面存在广阔的应用前景。然而，由于纳米多孔金属固有的物理、化学性质及该结构的不稳定性，一些物理、化学性质活泼的金属往往难以维持纳米多孔的独特结构，目前的研究主要集中于一些物理、化学性质比较稳定的金属，主要包括Ni、Cu、Ti，和一些贵金属(主要包括Au、Ag、Pd、Pt)。化学性质较为活泼的纳米多孔Fe基晶态及非晶态合金的制备极少涉及。

铁基非晶/纳米晶合金具有纳米晶分散在非晶基体上的复合非晶/纳米晶结构，该系合金可原位或通过热处理在非晶基体上析出α-Fe纳米晶。该复合材料具有优异的软磁性能，在磁性功能材料上的广泛应用，自从其问世以来一直都受到人们的广泛关注。但是，将其作为制备纳米多孔非晶的前驱体材料却无人提及。通过对铁基非晶/纳米晶合金进行成分设计，根据析出晶相与非晶相耐蚀性的不同，使用电化学的方法选择性腐蚀掉析出晶相，可制备纳米多孔Fe基非晶合金，有望在析氧催化领域表现出优异的性能。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种纳米多孔Fe基非晶合金的制备方法。制备的纳米多孔Fe基非晶结构稳定，成分与形貌可调，与基体结合紧密，制备方法简单，适用性广泛。

本发明技术解决方案：一种纳米多孔Fe基非晶合金，以Fe基非晶和纳米晶合金为前驱体，前驱体合金成分由以下公式表示：Fe_aNi_bCo_cMn_dNb₆B_eCu_f，其中a+b+c+d+e+f＝94,49≤a≤84，0≤b≤30，0≤c≤30,0≤d≤5,9≤e≤12,0≤f≤1。

以Fe基非晶/纳米晶合金为前驱体，析出相与非晶相成分及形貌可控，根据两相耐蚀性的不同，选择性腐蚀纳米晶相制备纳米多孔Fe基非晶合金。

制备的纳米多孔Fe基非晶合金，多孔结构由Fe基非晶合金组成，含有多种化学性质活泼的过渡族元素，成分及结构可调。

制备的纳米多孔Fe基非晶合金，系带成连续结构，尺寸小于50nm；孔洞分布均匀，尺寸小于200nm，有大的比表面积。

制备的纳米多孔Fe基非晶合金，可形成多孔结构与非晶纳米晶基体结合紧密的“多孔/基体/多孔”新型复合结构，“/”为紧密连接。

制备的纳米多孔Fe基非晶合金，处于亚稳态，有优异的析氧催化性能可广泛应用于电解水析氧电极领域。

一种纳米多孔Fe基非晶合金的制备方法，以Fe基非晶和纳米晶合金为前驱体，前驱体合金成分由以下公式表示：Fe_aNi_bCo_cMn_dNb₆B_eCu_f，其中a+b+c+d+e+f＝94,49≤a≤84，0≤b≤30，0≤c≤30,0≤d≤5,9≤e≤12,0≤f≤1；通过在0.3～0.5M H₃PO₄溶液中自由腐蚀20～60min，或是恒电位(0V)腐蚀5～20min，制备系带尺寸小于50nm，孔洞尺寸为100～200nm，厚度为100～300nm的纳米多孔Fe基非晶合金。结构稳定，与基体连接紧密，自持性好即多孔结构自然状态下不崩塌。

一种纳米多孔Fe基非晶合金在析氧催化电极上的应用。

本发明与现有技术相比优点在于：

(1)本发明的前驱体Fe基非晶/纳米晶合金，析出相为α-Fe及其合金，耐蚀性较差且形貌可控，惰性元素Nb几乎全部分布在非晶相中，可保证前驱体中两相的耐蚀性差别；

(2)本发明前驱体Fe基非晶/纳米晶合金成分范围广，在一定范围内可调，其元素组成为Fe_aNi_bCo_cMo_dNb₆B_eCu_f，其中a+b+c+d+e+f＝94,49≤a≤84，0≤b≤30，0≤c≤30,0≤d≤5,7≤e≤12,0≤f≤1；

(3)本发明以Fe基非晶/纳米晶合金为前驱体，根据非晶相与纳米晶相耐蚀性的不同，选择性腐蚀纳米晶相制备纳米多孔Fe基非晶合金，是一种制备多孔非晶的新方法。

(4)本发明的在H₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min，或是恒电位(0V)腐蚀5～20min，即可制备纳米多孔Fe基非晶合金，制备方法简单，重复性好。

(5)本发明制备的纳米多孔Fe基非晶合金，多孔结构由Fe基非晶合金组成，含有多种化学性质活泼的过渡族元素，成分及结构可调。

(6)本发明制备的纳米多孔Fe基非晶合金，系带成连续结构，尺寸小于50nm；孔洞分布均匀，尺寸小于200nm，有大的比表面积。

(7)本发明制备的纳米多孔Fe基非晶合金，可形成多孔结构与非晶纳米晶基体结合紧密的“多孔/基体/多孔”新型复合结构。

(8)本发明制备的纳米多孔Fe基非晶合金，结构稳定，没有发生系带随时间粗化的现象。

(9)本发明制备的纳米多孔Fe基非晶合金，处于亚稳态，且可含有超过平衡固溶度的高析氧催化活性元素，有优异的析氧催化性能，能有效降低析氧过电位，是一种新型的析氧催化活性材料。

附图说明

图1为Fe₈₂Nb₆B₁₂非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金腐蚀前后表面微观组织形貌及多孔成分分析。

图2为Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的表面微观组织形貌。

图3为Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的微观组织侧视图，表明多孔结构与基体结合紧密，形成多孔/基体新型复合结构。

图4为Fe₅₄Ni₃₀Nb₆B₉Cu₁块体非晶合金为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的表面微观组织。

图5为Fe₅₄Co₃₀Nb₆B₉Cu₁非晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的表面微观组织。

图6为Fe₅₄Ni₂₀Co₁₀Nb₆B₉Cu₁非晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的表面微观组织。

图7为Fe₅₆Ni₂₅Mo₅Nb₆B₇Cu₁非晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金的表面微观组织。

图8为Fe₄₉Ni₂₅Co₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁非晶合金薄带为前驱体制备的纳米多孔Fe基非晶合金微观组织。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

制备一种纳米多孔Fe基非晶合金的具体步骤如下：

1.确定非晶/纳米晶合金前驱体成分；

2.制备非晶/纳米晶母合金；

3.用铜轮旋淬法制备非晶/纳米晶合金薄带；

4.确定合适的腐蚀工艺进行选择性腐蚀。

其特征在于前驱体合金为非晶/纳米晶复合材料，根据非晶相与纳米晶相耐蚀性的不同，选择性腐蚀纳米晶相制备制备可含有多种过渡族元素，成分结构可调的纳米多孔Fe基非晶合金，且结构稳定，与基体结合紧密。

步骤一：配料

按名义成分Fe_aNi_bCo_cMo_dNb₆B_eCu_f称取Fe、Ni、Co、Mo、Nb、Cu各单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将各元素及与预合金按Fe_aNi_bCo_cMo_dNb₆B_eCu_f名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速1000～2500m/s旋转的铜轮上，得到约50μm厚，2mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩(纯度：99.999％)，加热到一定温度，即2000-2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

选择合适的腐蚀工艺，将步骤三所得非晶/纳米晶薄带浸入磷酸溶液中自由腐蚀或进行电化学恒电位处理，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得的非晶/纳米晶薄带及纳米多孔材料通过透射电镜和扫描电镜观察结构。

实施例1：以Fe₈₂Nb₆B₁₂非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₈₂Nb₆B₁₂，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₈₂Nb₆B₁₂名义成分称取Fe、Nb单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Nb单质元素及FeB预合金按Fe₈₂Nb₆B₁₂名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000-2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带浸入0.3～0.5M H₃PO₄溶液中自由腐蚀20～60min或恒电位(0.0V)处理5～10min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得的非晶/纳米晶薄带及纳米多孔Fe基非晶合金通过透射电镜观察结构，并用能谱进行成分分析。

如图1中的(a)、(b)所示，α-Fe纳米晶相在非晶基体中均匀析出，析出相尺寸约为100nm左右，进行自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构。三次重复均能得到相同结构。其系带结构连续、尺寸小于50nm，孔洞分布均匀、尺寸100～200nm，与其前驱体非晶相与纳米晶相分别对应；表面孔隙率可达80％以上；多孔表面选区电子衍射花样表明其为单一的非晶合金结构；EDX成分分析表明，非晶多孔由64at％Fe元素,13at％Nb元素和23at％B元素组成。放置30天后无粗化现象。

实施例2：以Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₈₄Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000-2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5MH₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图2所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，其系带结构连续、尺寸约为50nm，孔洞分布均匀、尺寸约为100nm。多孔结构与非晶/纳米晶基体结合紧密(如图3所示)，结构稳定，厚度约为200nm。三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。

实施例3：以Fe₅₄Ni₃₀Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₅₄Ni₃₀Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₅₄Ni₃₀Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Ni、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Ni、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₅₄Ni₃₀Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000～2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5M H₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图4所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，由于Ni元素的大量添加，使系带出现不连续现象，但是仍具备多孔结构。多孔结构稳定，孔洞分布均匀，系带尺寸约为50nm，孔洞尺寸约为200nm。三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。

实施例4：以Fe₅₄Co₃₀Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₅₄Co₃₀Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₅₄Co₃₀Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Co、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Co、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₅₄Co₃₀Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000～2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5MH₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图5所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，由于Co元素的大量添加，使系带出现不连续现象，但是仍具备多孔结构。多孔结构稳定，孔洞分布均匀，系带尺寸约为20nm，孔洞尺寸约为200nm。三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。

实施例5：以Fe₅₄Ni₂₀Co₁₀Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₅₄Ni₂₀Co₁₀Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₅₄Ni₂₀Co₁₀Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Ni、Co、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Ni、Co、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₅₄Ni₂₀Co₁₀Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000～2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5MH₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图6所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，多孔结构稳定，三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。孔洞分布均匀，系带尺寸约为30nm，孔洞尺寸约为150nm。表面孔隙率可达80％以上。

实施例6：以Fe₅₆Ni₂₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₅₆Ni₂₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₅₆Ni₂₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Ni、Mo、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Ni、Mo、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₅₆Ni₂₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000～2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5MH₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图7所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，多孔结构稳定，三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。孔洞分布均匀，系带尺寸约为50nm，孔洞尺寸约为80nm，表面孔隙率可达80％以上。

实施例7：以Fe₄₉Ni₂₅Co₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁非晶/纳米晶合金薄带为前驱体制备纳米多孔Fe基非晶合金

在本实施例中，所选择的非晶/纳米晶合金前驱体成分为Fe₄₉Ni₂₅Co₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁，纳米多孔材料的制备方法如下：

步骤一：配料

按Fe₄₉Ni₂₅Co₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁名义成分称取Fe、Ni、Co、Mo、Nb、Cu单质元素及FeB(B：21wt％)预合金，成为制备母合金锭的原料；

步骤二：熔炼母合金

将Fe、Ni、Co、Mo、Nb、Cu单质元素及FeB预合金按Fe₄₉Ni₂₅Co₅Mo₅Nb₆B₉Cu₁名义成分在真空电弧熔炼炉中进行熔炼，炼制3-4遍，得到母合金锭；

熔炼条件为：熔炼时真空电弧熔炼炉内的真空度为8×10^-3Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，每遍熔炼1-2分钟，熔炼3-4遍。

步骤三：制备薄带

将步骤二得到的母合金放入真空感应熔炼炉中，在融化后喷射到高速旋转的铜轮上，得到约30～60μm厚，2～5mm宽的薄带；

制备条件为：熔炼时真空感应熔炼炉的真空度为1×10^-2Pa以下，充入0.05Mpa的高纯氩，加热到2000～2500℃后喷射到高速旋转的铜轮上。

步骤四：选择性腐蚀

在室温温度下，将步骤三所得非晶/纳米晶合金薄带在0.3～0.5M H₃PO₄溶液中自由腐蚀30～60min或恒电位(0.0V)处理5～20min，对纳米晶相进行选择性腐蚀，制备纳米多孔Fe基非晶合金；

步骤五：结构表征

将步骤三、四所得到的纳米多孔Fe基非晶合金通过扫描电镜观察结构。

如图8所示，经过自由腐蚀或是电化学腐蚀后得到纳米多孔Fe基非晶结构，多孔结构稳定，三次重复均能得到相同结构，放置30天后无粗化现象。孔洞分布均匀，系带尺寸约为50nm，孔洞尺寸约为80nm。表面孔隙率可达80％以上。

实施例8：纳米多孔Fe基非晶合金电极的析氧催化活性测试。测试步骤如下：

采用电化学工作站(Princeton Applied Research VersaSTAT 3)三电极体系测试纳米多孔Fe基非晶合金电极的析氧催化性能。参比电极和对电极分别为饱和甘汞电极和铂片。测试溶液为1M KOH，扫描速率为2mV·s^-1。各成分电极析氧过电位及对应Tafel斜率如下表所示：

表1.各成分电极在1M KOH溶液中析氧过电位及对应Tafel斜率

总之，本发明制备的纳米多孔Fe基非晶结构稳定，比表面积大，成分与形貌可调，可形成多孔结构与非晶纳米晶基体结合紧密的“多孔/基体/多孔”新型复合结构，有优异的析氧催化活性(析氧过电位多在350mV以下)，可广泛应用在电解水析氧电极等领域，而且所述制备方法简单，适用性广泛。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。