【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于催化劑，尤其涉及一種高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、氫氣是一種清潔、高效、廣泛的二次綠色能源載體，具備高能量密度、清潔的燃燒產物以及可再生和易儲存等優點，大力開發氫能源是未來能源結構升級轉型的必然趨勢。盡管氫能相較于其他能源具有諸多優勢，但在實現大規模、高效率、低成本的制氫及安全儲存方面仍面臨眾多挑戰。
2、電化學分解水制氫技術已較為成熟，操作簡單且效率高。其中，電解水析氧反應的催化劑是提升制氫水平的關鍵材料，直接決定了制氫效率。高效電催化劑通常需要具有良好的導電性、豐富的活性位點以及優異的電化學穩定性。目前，常用的催化劑包括iro2和ruo2等貴金屬催化劑，cuo和nio等過渡金屬基催化劑，以及高熵合金催化劑。對ni基、co基、fe基及一些含貴金屬的二元或三元合金催化劑的研究表明，盡管這些催化劑表現出優異的電催化性能，但部分合金催化劑由于形態無法自承載、導電性不足等限制，導致在集流體輔助下才能穩定發揮電催化功能，這阻礙了其在工業電解水中的廣泛應用。同時，貴金屬合金普遍成本昂貴且資源稀缺，實際應用受到限制。
3、多組元合金通過合理的成分設計和組織調控，可以實現合金性能的綜合提升，同時在很大程度上調控催化劑的電子和幾何結構，并為構建具有意想不到性能的催化劑提供了良好的平臺。迄今為止，在開發高效電催化劑材料的研究領域已有諸多嘗試，但如何從豐富的金屬元素中篩選并設計出價格合理、具有高效率和長期穩定性的催化劑仍是一個亟待解決的難題。cu具有優良的導電
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑及其制備方法和應用。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了以下技術方案：
3、本專利技術提供了一種高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，按原子百分比，包括以下組分：cu?49.9％、ni?18％、co?18％、al?9％、ti?3％、cr1.4％、nb?0.3％、v0.3％和b?0.1％。
4、優選的，所述高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑的晶粒呈等軸晶，晶粒尺寸為0.5-2μm。
5、優選的，所述高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑中包括l12相，所述l12相的體積分數為50％。
6、優選的，所述l12相的成分式為(cu,ni,co)3(al,ti,cr,nb,v)；所述l12相存在兩種大小不同的尺寸，兩種尺寸分別為100-300nm和5-10nm。
7、本專利技術提供了上述技術方案所述的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑的制備方法，包括以下步驟：按原子百分比稱取原料，將原料混合后經熔煉、熱處理、熱軋、冷軋和時效處理，得到所述高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑。
8、優選的，所述熱處理的溫度為1070℃，時間為6小時。
9、優選的，所述熱軋的溫度為1050℃，每道次壓下量為1mm，累積變形量為80％。
10、優選的，所述冷軋的溫度為室溫，每道次壓下量為0.5mm，累積變形量為50％。
11、優選的，所述時效處理的溫度為900℃，時間為1小時，冷卻方式為隨爐冷卻。
12、本專利技術還提供了上述技術方案所述的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑在電解水制氫中的應用。
13、技術原理：本專利技術以cu為基體，添加ni、al元素使合金中存在l12相的析出，引入co元素替代部分ni元素，進一步提升l12相的催化性能；通過以替al的方式添加ti元素，促進l12相的析出并減少合金脆性，保證加工性能；nb及v等難熔元素的添加可以提升l12相的穩定性，避免其時效過程中的粗化；cr元素的添加通過cr2o3鈍化層的形成可保證合金的電化學穩定性，b為間隙小原子且易偏聚于晶界，提升晶界強度，進一步優化合金力學性能并保證其加工性能。最終，通過合理的成分設計調控析出相及基體相中的元素分布，獲得了高密度多成分l12相強化cu基合金。
14、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點和技術效果：
15、本專利技術從元素間焓交互作用的角度出發，獲得了高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，該催化劑以cu為基體，保證了合金的導電性能，通過合理的成分設計使高密度多成分l12相析出，提供了更多的催化活性吸附位點，保證了cu基合金優異的催化性能，同時合理的成分設計還使得合金具有優異的電化學穩定性、超高強度及可加工性能，有效解決了現有催化劑形態無法自承載、導電性不足等限制。
16、本專利技術提供的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑具有優異的催化效率、電化學穩定性及超高強度，無需任何集流體和層載體，工藝可控性強，加工質量高，對提高能源轉換效率和加快電催化反應動力學過程具有重要意義。
17、本專利技術提供的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑的性能指標為：電導率5.5％iacs，硬度350hv，極限抗拉強度1100mpa，電流密度為10ma/cm2及50ma/cm2時的過電位分別為0.351v、0.429v，塔菲爾斜率為75mv/dec，電化學穩定性達到110小時。
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1.一種高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑，其特征在于，按原子百分比，包括以下組分：Cu49.9％、Ni?18％、Co?18％、Al?9％、Ti?3％、Cr?1.4％、Nb?0.3％、V?0.3％和B?0.1％。
2.根據權利要求1所述的高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑的晶粒呈等軸晶，晶粒尺寸為0.5-2μm。
3.根據權利要求1所述的高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑中包括L12相，所述L12相的體積分數為50％。
4.根據權利要求3所述的高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述L12相的成分式為(Cu,Ni,Co)3(Al,Ti,Cr,Nb,V)；所述L12相存在兩種大小不同的尺寸，兩種尺寸分別為100-300nm和5-10nm。
5.權利要求1-4任一項所述的高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的溫度為1070℃，時間為6小時。
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述熱軋的溫度為1050℃，每道次壓下量為1mm，累積變形量為80％。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述冷軋的溫度為室溫，每道次壓下量為0.5mm，累積變形量為50％。
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述時效處理的溫度為900℃，時間為1小時，冷卻方式為隨爐冷卻。
10.權利要求1-4任一項所述的高密度多成分L12相強化Cu基合金電解水催化劑在電催化分解水中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，其特征在于，按原子百分比，包括以下組分：cu49.9％、ni?18％、co?18％、al?9％、ti?3％、cr?1.4％、nb?0.3％、v?0.3％和b?0.1％。
2.根據權利要求1所述的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑的晶粒呈等軸晶，晶粒尺寸為0.5-2μm。
3.根據權利要求1所述的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑中包括l12相，所述l12相的體積分數為50％。
4.根據權利要求3所述的高密度多成分l12相強化cu基合金電解水催化劑，其特征在于，所述l12相的成分式為(cu,ni,co)3(al,ti,cr,nb,v)；所述l12相存在兩種大小不同的尺寸，兩種尺寸分別為100-300nm和5-10n...
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