本發(fā)明涉及催化材料，尤其涉及一種碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、海水電解作為一種清潔高效的制氫方式，近年來受到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的淡水電解相比，海水電解具有資源豐富、可持續(xù)等優(yōu)勢，為解決能源危機和環(huán)境問題提供了新的途徑。然而，海水電解面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最主要的是海水中的雜質(zhì)離子（如氯離子、鎂離子等）對電極材料的腐蝕以及析氯副反應。這些因素嚴重影響了電解效率和電極的穩(wěn)定性。

2、高熵合金（high-entropy?alloy，hea）作為一種新型材料，因其獨特的成分和結(jié)構(gòu)，在催化、能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。特別是在電催化領(lǐng)域，高熵合金的成分可調(diào)性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及豐富的活性位點使其成為備受關(guān)注的研究熱點。然而，傳統(tǒng)的hea材料在海水電解等苛刻環(huán)境下仍面臨一些挑戰(zhàn)，如活性位點暴露不足、穩(wěn)定性差以及易受氯離子腐蝕等。

3、為了克服上述問題，研究人員嘗試通過納米化和結(jié)構(gòu)調(diào)控來提高hea的電催化性能。例如，將hea制備成納米顆粒可以增加比表面積，暴露更多的活性位點。然而，現(xiàn)有的研究大多集中于納米顆粒的制備，對于具有明確形貌和多孔結(jié)構(gòu)的hea納米材料的研究相對較少。此外，在海水電解過程中，氯離子對電極材料的腐蝕是一個嚴重的問題，這限制了hea在海水電解中的應用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種海水電解制氫用高催化活性碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑及其制備方法，為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或多個技術(shù)問題，至少提供一種有益解決方案或選擇。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

3、一種碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑的制備方法，其制備步驟如下：1）將試劑a加入溶劑中，超聲分散均勻，隨后將金屬鹽和尿素溶于去離子水后加入至a溶液中，在保護氣氛中，油浴條件下磁力攪拌反應，得到反應物1；2）將試劑b溶于去離子水中，并加入酸溶液調(diào)節(jié)ph值，將反應物1加入其中，并進行超聲處理，然后，向上述懸浮液中加入試劑c反應，得到反應物2；3）在保護氣氛中，將反應物2置于管式爐中進行熱處理，得到碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑。

4、其中，所述試劑a選自ti3c2-mxene、ti2c-mxene、v4c3-mxene、v2c-mxene、mo2c-mxene、ta4c3-mxene、ta2c-mxene、nb4c3-mxene、nb2c-mxene、zr2c-mxene、ti2n-mxene、ti4n3-mxene、tivc-mxene、vcrc-mxene、tinbc、vnbc-mxene、ti2vc2-mxene、cr2tic2-mxene、mo2ti2c3-mxene、mo2tic2-mxene、mo2ga2c-mxene、tivcrmoc3-mxene中的一種。

5、所述試劑b為緩沖劑，用來維持溶液的ph值穩(wěn)定；所述試劑b為乙醇胺、三乙醇胺、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二羥甲基乙胺、三羥甲基氨基甲烷、咪唑、n-甲基咪唑中的一種或多種。

6、所述試劑c用于調(diào)節(jié)ph值；當試劑b溶于水時，它形成一種弱堿性的溶液，試劑c通過提供氫離子來中和部分試劑b，從而將ph值調(diào)至目標值；所述試劑c為單氰胺、三聚氰胺、1-(3,4-二羥苯基)-2-氨基乙醇、苯乙胺、4-羥基苯乙胺、5-羥基色胺、多巴胺、鹽酸多巴胺中的一種。

7、更為優(yōu)選的是，所述溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、乙醚、丙酮、油胺、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、l-抗壞血酸溶液、2,5-二羥基對苯二甲酸溶液、十六烷基三甲基氯化銨溶液、二氯甲烷、苯、甲苯、石油醚、正己烷、環(huán)己烷、油酸、甲醛和氯仿中的一種或幾種。

8、更為優(yōu)選的是，所述金屬鹽選自硫酸鐵、硝酸鐵、乙酸鐵、草酸鐵、高氯酸鐵、氯化鐵、氯化亞鐵、乙酰丙酮鐵、硫酸鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、草酸鈷、高氯酸鈷、氯化鈷、乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮亞鈷、硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳、草酸鎳、高氯酸鎳、氯化鎳、乙酰丙酮鎳、硫酸銅、硝酸銅、乙酸銅、草酸銅、高氯酸銅、氯化銅、乙酰丙酮銅、硫酸鋅、硝酸鋅、乙酸鋅、草酸鋅、高氯酸鋅、氯化鋅、硫酸錳、硝酸錳、乙酸錳、草酸錳、高氯酸錳、氯化錳、硫酸鋁、硝酸鋁、乙酸鋁、草酸鋁、高氯酸鋁、氯化鋁、氯化鉻、硫酸鉻、乙酸鉻、硝酸鉻、六羰基鉻、硫酸鎘、硝酸鎘、乙酸鎘、草酸鎘、高氯酸鎘、氯化鎘、氯化鉬、鉬酸鈉、六羰基鉬、氯化鎢、鎢酸銨、鎢酸鈉、六羰基鎢、硫酸鈀、硝酸鈀、醋酸鈀、氯化鈀、二(乙酰丙酮)鈀、氯亞鈀酸鉀、硝酸鉑、氯鉑酸、醋酸鉑、乙酰丙酮鉑、氯亞鉑酸鉀、氯化釕、六氯釕酸銨、十二羰基三釕、乙酰丙酮釕、氯化金、氯金酸、氯化銥、氯銥酸、氯銥酸銨、氯化銠、硝酸銠、硫酸銠、三乙酰丙酮銠(iii)、二羰基乙酰丙酮銠、硝酸銀、乙酸銀、乙酸釔(iii)?水合物、四水合乙酸釔(iii)、硝酸釔(iii)水合物、硫酸釔(iii)八水合物、硝酸鈾、硝酸釤、氯化釩、偏釩酸銨、六羰基釩、硝酸鑭、硝酸釓、硝酸鉺、硝酸鐿中三種或以上。

9、更為優(yōu)選的是，所述酸溶液選自鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸、次氯酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、氫氟酸、甲酸、乙二酸中的一種。

10、更為優(yōu)選的是，在步驟1）中，油浴條件反應溫度為40~200°c，反應時間為2~48小時。

11、更為優(yōu)選的是，所述保護氣氛選自氮氣、氫氣、氬氣或氫氣/氬氣混合氣中的一種。

12、更為優(yōu)選的是，在步驟2）中，ph值范圍為6-12。

13、更為優(yōu)選的是，在步驟2）中，反應時間為2~48小時。

14、更為優(yōu)選的是，在步驟3）中，所述加熱處理的溫度為100~1000℃，升溫速率為1~15℃/min，加熱處理的保溫時間為0.5~10小時。

15、另一方面，本發(fā)明還提供如上所述的制備方法所制得的一種碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑。

16、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案至少具有以下有益效果。

17、一、本發(fā)明提出了一種新型的碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑，該催化劑結(jié)合了高熵合金、碳材料和mxene三種材料的優(yōu)勢。其中高熵合金的多元組成使其具有豐富的電子結(jié)構(gòu)，能夠適應不同的反應中間體，從而降低反應能壘。碳包覆層則保護了高熵合金內(nèi)核，防止其在苛刻的海水電解環(huán)境中被腐蝕。而作為導電基底的mxene的高導電性為反應提供了電子傳輸?shù)目焖偻ǖ?。這種獨特的多維結(jié)構(gòu)設計，最大程度地發(fā)揮了每種材料的優(yōu)勢。高熵合金、碳材料和mxene之間的協(xié)同作用，顯著增強了材料的電催化活性。此外，多孔結(jié)構(gòu)和納米陣列結(jié)構(gòu)大大增加了材料的比表面積，暴露更多的活性位點，從而提高了反應速率。

18、二、本發(fā)明通過優(yōu)化高熵合金的組成和結(jié)構(gòu)，本發(fā)明有望抑制海水電解過程中常見的析氯副反應，提高析氫的純度和效率，為制備高純度氫氣提供新的途徑。本發(fā)明有望推動海水電解技術(shù)的發(fā)展，加快清潔能源的利用，為解決能源危機和環(huán)境問題提供新的解決方案。

19、三、本發(fā)明所制備的碳包覆多孔高熵合金納米陣列催化劑，在電解海水制氫領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的催化性能。相比于傳統(tǒng)的海水電解催化劑，該催化劑不僅具有更高的催化活性，而且成本更低，更易于規(guī)?；a(chǎn)。通過高熵合金、碳材料和mxene之間的協(xié)同作用，該催化劑有效地解決了傳統(tǒng)催化劑在海水環(huán)境中活性低、易腐蝕、穩(wěn)定性差等問題。此外，本發(fā)明巧妙地避免了高溫燒結(jié)過程，從而防止了材料的坍塌和團聚，顯著提高了材料的比表面積和活性位點數(shù)量。而mxene作為導電基底，不僅為反應提供了快速的電子傳輸通道，還增強了材料的穩(wěn)定性。這種獨特的結(jié)構(gòu)設計和制備工藝，使得本發(fā)明的催化劑在電解海水制氫中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性和抗腐蝕性，為開發(fā)高效、低成本的海水電解制氫催化劑提供了新的思路。