一种用于电解水制氢的非晶态铜钼合金及其制备方法

本发明属于非贵金属电催化析氢材料领域，尤其涉及的是一种用于电解水制氢的非晶态铜钼合金及其制备方法。

背景技术：

1、氢能因其能量密度高、绿色无污染、储量丰富、应用广泛等优点，被认为是21世纪理想的清洁能源。电解水制氢是一种清洁的生产技术，在“双碳”的背景下得到蓬勃发展，其关键挑战在于开发高性能且低成本的非贵金属析氢反应(her)电催化剂，以降低水分解的过电位。过渡金属催化剂材料凭借资源丰富、成本低和良好的催化性能等特点而备受关注。

2、与晶体材料相比，非晶材料的悬挂键和不饱和配位位点有利于反应物的吸附；无序的原子排列有利于离子扩散和电子转移；柔性亚稳态结构能在催化过程中自发重构，催化反应适应性好。丰富的活性位点、结构灵活性等优点使得非晶材料在电催化析氢(her)领域具有巨大潜力。

3、因体系混合焓大于0而具有不混溶的特性，铜钼非晶合金体系常在合成理论计算以及制备工艺拓展等方面被研究。对于铜钼合金非晶形成能力以及在光学和力学领域以外的应用鲜有报道，影响了铜钼非晶合金体系的进一步发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于电解水制氢的非晶态铜钼合金，本发明的二元及三元非晶态铜钼合金均易形成非晶态结构，同时具备优异的电解水析氢性能，在燃料电池、电解水制氢等领域具有优异的应用价值。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种非晶态铜钼合金，材料表达式为cuxmoymz，其中，m为过渡金属，按原子比包括：铜10at％～90at％，钼10at％～90at％，过渡金属0at％～10at％，x+y+z＝100at％。

4、优选的，作为一个较佳的实施方式，所述过渡金属选自铂、铌、钛中任一种。

5、优选的，作为一个较佳的实施方式，所述非晶态铜钼合金为cu50mo50、cu25mo75、cu75mo25、cu34mo56pt10、cu51mo44nb5、cu38mo59ti3。

6、本发明的另一目的还在于提供一种非晶态铜钼合金的制备方法，包括如下步骤：

7、s1在磁控溅射仪内放入铜靶、钼靶、过渡金属靶，可旋转托盘上放置负载基底；

8、s2一起抽真空并设置溅射功率和时间；

9、s3达到一定真空度后开始溅射沉积。

10、优选的，作为一个较佳的实施方式，所述步骤s2中所述铜钯功率设置为10w-300w，所述钼靶功率设置为10w-300w，所述溅射时间为20w-60w。

11、优选的，作为一个较佳的实施方式，所述步骤s3中真空度小于5*10-3pa。

12、优选的，作为一个较佳的实施方式，所述非晶态铜钼合金的厚度为1-30μm。

13、本发明的另一目的还在于提供所述非晶态铜钼合金在电解水制氢、制氢燃料电池中的应用。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、(1)本发明的合金在铜钼二元体系宽组分范围内以及添加额外元素形成的三元体系下均易形成非晶，展现出不俗的非晶形成能力。

16、(2)将非晶铜钼合金用作电解水制氢材料，所具备的非晶特性促进了材料的电解水制氢性能，在低成本化的同时还丰富了催化剂材料的种类，未来有很大的发展空间。

技术特征：

1.一种非晶态铜钼合金，其特征在于，所述非晶态铜钼合金表达式为cuxmoymz，其中m为过渡金属，各元素组分为10at％≤x≤90at％，10at％≤y≤90at％，0at％≤z≤10at％，即二元和三元体系铜钼非晶合金，x+y+z＝100at％，at％为原子比。

2.根据权利要求1所述的非晶态铜钼合金，其特征在于，所述过渡金属选自铂、钛、铌中任一种。

3.根据权利要求1所述的非晶态铜钼合金，其特征在于，所述非晶态铜钼合金为cu50mo50、cu25mo75、cu75mo25、cu34mo56pt10、cu51mo44nb5、cu38mo59ti3。

4.根据权利要求1所述的非晶态铜钼合金，其特征在于，所述非晶态铜钼合金的厚度为1-30μm。

5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的非晶态铜钼合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的非晶态铜钼合金的制备方法，其特征在于，所述一定真空度为5*10-3pa。

7.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的非晶态铜钼合金在电解水制氢、制氢燃料电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种用于电解水制氢的非晶态铜钼合金，所述铜钼合金包括：铜10at％～90at％，钼10at％～90at％，过渡金属0at％～10at％，所述过渡金属选自铂、铌、钛中任一种。本发明的二元铜钼合金在宽组分范围内以及添加其它元素所构成的三元铜钼合金都易形成非晶态结构。另外，铜钼非晶合金在碱性析氢反应中表现出了优异的析氢性能，二元及三元体系下10mA cm‑2的电流密度最低过电位分别为57mV和39mV。析氢测试结果表明，本发明的非晶态铜钼合金在电解水制氢领域中具有广阔的应用潜力。

技术研发人员：林怀俊,陈龙,张鹏,李卫
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11