一种Heusler合金纤维OER催化剂及其制备方法和应用

本发明属于oer催化剂领域，具体涉及一种heusler合金纤维oer催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、

2、氢能是一种清洁零碳的二次能源，具有燃烧热值高、资源丰富等特点，是最有潜力的化石燃料替代品。电催化水分解(ecws)技术是目前最常见的可以产生氢能的技术，但其固有的以下缺陷使得短期内难以实现以氢能作为主能源这一目的。(1)效率低，ecws实际分为两个半反应：析氧反应(oer)和析氢反应(her)。oer反应是一个四电子转移过程，大大限制了ecws整体效率，是ecws过程中的一个主要决速步骤。(2)电催化剂成本高，稳定性较低。目前最有效且商用的电解水催化剂含有大量的ir、ru、pt等贵金属。因此，基于非贵金属高效oer催化剂来实现可工业化的制氢过程是基础研究和工业应用的重要课题。

技术实现思路

1、本发明针对现有析氧反应(oer)催化剂催化效率低、制备成本高且不易回收的技术问题，本发明提供了一种heusler合金纤维oer催化剂及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一是提供一种heusler合金纤维oer催化剂，所述heusler合金纤维oer催化剂成分为niwmnxsnycoz合金，其中41≤w≤43，42≤x≤44，9≤y≤11，4≤z≤6，且w+x+y+z＝100，纤维长度为10-30mm，直径为250-450μm。

4、优选地，所述heusler合金纤维oer催化剂成分为ni42mn43sn10co5合金。

5、优选地，纤维长度为20mm，直径为350μm。

6、本发明的目的之二是提供一种heusler合金纤维oer催化剂的制备方法，所述方法按以下步骤进行：

7、将niwmnxsnycoz合金铸锭密封于pyrex玻璃管中，然后使用泰勒拔丝法拉拔成纤维，热处理后将玻璃剥离，得到heusler合金纤维oer催化剂。

8、优选地，泰勒拔丝法工艺参数：高频感应加热温度为1073-1373k，输出功率为10-20kw，合金铸锭和玻璃管都达到熔融状态时，用带尖端的钨棒以1-2m/s的速度从软化的pyrex玻璃管底部牵引出带有包覆玻璃的镍锰锡钴heusler合金纤维。

9、更优选地，高频感应加热时间为1-3min。

10、优选地，热处理在密封且抽真空的石英管中进行。

11、更优选地，抽真空密封的石英管中还包含金属钛丝和锰片。

12、更优选地，热处理参数：以10k/min的速率升温至1173k，然后保温8-10h。

13、本发明的目的之三是提供一种heusler合金纤维oer催化剂作为工作电极在oer中的应用。

14、本发明与现有技术相比具有的优点：

15、本发明创新性地选择不含贵金属和有毒元素的镍锰锡钴合金为催化剂，通过感应熔炼法制备合金块体后，再采用泰勒拔丝法将块体制备成微米纤维形态，从而提高其比表面积，后与锰片、钛丝一同密封石英管中，在高温下进行热处理，进而提高微米纤维成分均匀性。本发明利用镍锰锡钴绿色经济特点，在增大比表面积的同时，还保持了回收容易的优点，进而让镍锰锡钴纤维在电催化水分解方面展现出广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种heusler合金纤维oer催化剂，其特征在于，其成分为niwmnxsnycoz合金，其中41≤w≤43，42≤x≤44，9≤y≤11，4≤z≤6，且w+x+y+z＝100，纤维长度为10-30mm，直径为250-450μm。

2.根据权利要求1所述的oer催化剂，其特征在于，成分为ni42mn43sn10co5合金。

3.根据权利要求1所述的oer催化剂，其特征在于，纤维长度为20mm，直径为350μm。

4.权利要求1-3任一项所述的heusler合金纤维oer催化剂的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，泰勒拔丝法工艺参数：高频感应加热温度为1073-1373k，输出功率为10-20kw，合金铸锭和玻璃管都达到熔融状态时，用带尖端的钨棒以1-2m/s的速度从软化的pyrex玻璃管底部牵引出带有包覆玻璃的镍锰锡钴heusler合金纤维。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，高频感应加热时间为1-3min。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，热处理在密封且抽真空的石英管中进行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，抽真空密封的石英管中还包含金属钛丝和锰片。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，热处理参数：以10k/min的速率升温至1173k，然后保温8-10h。

10.权利要求1-3任一项所述的heusler合金纤维oer催化剂作为工作电极在oer中的应用。

技术总结
一种Heusler合金纤维OER催化剂及其制备方法和应用。本发明属于OER催化剂领域。本发明针对现有析氧反应催化剂催化效率低、制备成本高且不易回收的技术问题。本发明创新性地选择不含贵金属和有毒元素的镍锰锡钴合金为催化剂，通过感应熔炼法制备合金块体后，再采用泰勒拔丝法将块体制备成微米纤维形态，从而提高其比表面积，后与锰片、钛丝一同密封石英管中，在高温下进行热处理，进而提高微米纤维成分均匀性。本发明利用镍锰锡钴绿色经济特点，在增大比表面积的同时，还保持了回收容易的优点，进而让镍锰锡钴纤维在电催化水分解方面展现出广阔的应用前景。

技术研发人员：钱明芳,张钦毓,钟诗江,张学习,耿林
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15