摘 要

氢气是21世纪最理想的清洁能源。寻求实用性的、低成本和高效稳定的催化剂材料，是利用氢能的关键之一。而高墒合金是一种固溶体合金，各元素原子能够以同等原子比例占据各个晶格位置，这样的结构使它具有一些传统合金无法比拟的优异性能。本文通过机械合金化法制备了1#（FeCoNiCrAl)和2#(FeCoNiCrAlMn)两种组成的高熵合金粉，并通过放电等离子烧结（SPS)）烧结成块、电火花线切割成片后，进行多种改性处理，获得具有不同表面结构的合金电催化剂，并对其进行x 射线衍射（XRD）、 X射线光电子能谱分析（XPS）和扫描电镜（SEM）等结构表征及电催化产氢（HER）性能测试。本论文系统研究了两个体系的高熵合金的结构和四种改性处理方式对其表面结构的影响，以及相关电催化剂的HER性能。实验结果表明HER性能最好的试样是（1#，氢氟酸水热处理），其在0.5mol·L^-1硫酸的电解液中，10mA·cm^-2电流密度对应的氢超电势最小可达0.223V.

关键词：机械合金化法 ；高熵合金 ；电催化产氢

Abstract

Hydrogen is one of the key elements of hydrogen energy, the most desirable clean energy in the 21st century, and the search for practical, low-cost, and highly effective catalyst material is highly required. High-entropy alloy is a kind of super alloy solid solution, and the atoms of each metal are able to have equal opportunity to occupy the position of each lattice. High-entropy alloy has the excellent properties. The samples of 1 #( FeCoNiCrAl) and 3 #(FeCoNiCrAlMn) are prepared by high energy ball milling (mechanical alloying;), spark plasma sintering (SPS),and wire cutting method. The electrodes are treated through a variety of methods, and characterized by XRD、XPS、SEM and other technology. The electrocatalytic hydrogen production (HER) performance of the different samples has been detected. 1# sample shows the best performance. HF-treated sample shows the best HER performance 0.5 mol/L sulfuric acid electrolytes, and the over potential at a current of 10 mA/cm² can be up to 0.223 V.

Key Words： Mechanical alloying; High entropy alloy; Electric catalytic hydrogen evolution

目录

第1章 绪论

1.1 电催化产氢^[1]

1.1.1 电催化产氢的基础理论:

1.1.2 HER电催化剂的种类^[4]

1.1.3 电催化产氢研究现状

1.2 高摘合金

1.2.1高熵合金的基本概念

1.2.2高熵合金的结构

1.2.3高熵合金形成简单固溶体的影响规律^[3]

1.2.4高熵合金的基本规律和特点

1.2.5高熵合金的制备工艺^[7]

1.2.6高熵合金的研究现状

1.3本文研究思路及主要研究内容

第2章 实验部分

2.1实验仪器和试剂

表2.2 实验药品

2.2 制备高熵合金的详细过程

2.2.1 选择几种金属，通过机械合金化法制备高熵合金粉

2.2.2 等摩尔称取各金属粉

2.2.3把金属粉混合物球磨成高熵合金粉末

2.3用高熵合金粉末制备多种改性的片状电极材料

2.3.1用高熵合金粉末烧结成块，切割成片

2.3.2高熵合金片改性处理获得不同的表面的合金片

2.4 电催化产氢性能测试

2.4.1高熵合金片制成电极

2.4.2电化学测量体系所用的电解液和电极汇总

2.4.3电化学测量体系的搭建

2.4.4电化学测试内容

2.5结构表征

第3章 测试结果分析

3.1 电催化产氢测试结果及分析

3.2 结构表征结果

3.2.1 XRD表征结果

3.3实验的不足之处与补充测试

3.3.1浸酸测试

3.3.2辅助电极为Pt与碳棒测对比测试

3.3.3 溶液除氧与不除氧的对比

第4章 展望

参考文献

第1章 绪论

近几年来，随着环境污染的加剧和人类对非可再生资源认识的加深以及减少对化石能源的依赖，人类急需寻求一种更清洁、更廉价、更方便和更有效的能源供给方式.氢气作为21世纪最理想的清洁能源，逐渐引起全球科学家的关注。针对电催化制氢气成本高和稳定性差等制约因素，本文研究高熵合金作为电催化分解水的氢气析出反应(HER)催化剂的催化性能。

1.1 电催化产氢^[1]

1.1.1 电催化产氢的基础理论:

氢气析出反应的总过程一般表示为：

中性或碱性介质中：

氢气在阴极析出的反应机理，有不同的理论。其中著名的有迟缓放电理论和复合理论两种。但普遍认为组成该过程的基本步骤有

①电化学还原产生吸附于电极表面的氢原子，形成M-H键

（酸性介质）

（中性或者碱性介质）

②脱附步骤。脱附可分为电化学脱附和复合脱附，都要断裂M-H键

迟缓放电理论与复合放电理论的不同点在于：

复合脱附步骤：

电化学脱附步骤：

（酸性介质）

（中性或碱性介质）