本發明涉及非晶態合金帶材的制備以及電催化材料應用領域，具體涉及一種用于高效析氫反應的fe-co-p-c系非晶電催化劑。
背景技術：
：氫氣作為一種清潔、可再生能源，有望替代化石燃料成為一種理想的能源載體。水電解產生氫氣是一種獲取氫能源的有效方法。析氫反應作為電催化水解反應的一個重要半反應，是當今人們研究的熱點。在析氫反應電催化劑研究的早期，人們關注對象主要是pt、pd等貴金屬材料。貴金屬材料由于高昂的成本以及稀缺性限制了本身的廣泛商業應用。隨著近年來的研究發展，為了避免高昂的使用成本，過渡金屬合金及其氮化物、硼化物、碳化物、硫化物以及磷化物在析氫反應電催化方面的研究受到了廣泛的重視。一系列過渡金屬化合物被制備出來并展現出優異的電催化性能。此后相關的材料一直成為電催化材料的研究熱點。非晶材料，如金屬玻璃(也被稱為玻璃金屬或合金)，由于在腐蝕介質中具有很好的穩定性以及高催化活性，因而被大家認為是一種潛在的電催化劑。最近，貴金屬基pd40ni10cu30p20和鐵基fe40ni40p20金屬玻璃已被發現具有卓越的電催性能。而且fe基納米材料也已被大量實驗證實符合低的成本效益，并且具有良好的耐腐蝕特性與電催化活性。與一般的濕化學方法合成的材料不同，金屬玻璃通常通過熔體旋淬法大規模生產，能夠實現廣泛商業化應用。鑒于金屬玻璃的優良性能，包括優異的機械性能、低廉的生產成本以及良好的耐腐蝕性，設計一種基于過渡金屬fe、co基的非晶合金實現高的析氫電催化活性的催化劑是當下迫切需要的。實驗結果表明，fe-co-p-c非晶合金材料是一種很好的電催化劑，在酸性溶液中具有高電催化活性和長期穩定性。基于其優越的機械性能和低的生產成本，目前fe-co-p-c很可能代表了一種新的電催化劑材料，具有極大的商業應用前景。技術實現要素：本發明的目的是制備出一系列具有優異電催化活性以及高穩定性的fe-co-p-c系非晶合金帶材用于高效析氫反應，從而解決現有電催化劑電流密度低、過電位高、穩定性差的問題。本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：本發明用于高效析氫反應的fe-co-p-c系非晶電催化劑，其特點在于：所述電催化劑為fe-co-p-c系非晶合金帶材，其成分為fe80-xcoxp20-ycy，0≤x≤50、0≤y≤15，其中x和y分別為fe-co-p-c系非晶合金帶材中co元素和c元素的原子百分數。本發明用于高效析氫反應的fe-co-p-c系非晶電催化劑，其特點也在于：所述fe-co-p-c系非晶合金帶材所用合金原材料fe、co純度為99.9wt.％，其余的原材料純度均不低于99.00wt.％。所述的fe-co-p-c系非晶合金帶材的厚度范圍為10-60μm。上述fe-co-p-c系非晶電催化劑的制備方法，包括如下步驟：(1)母合金錠的制備按照名義成分fe80-xcoxp20-ycy，將fe粉、co粉、p粉和c粉進行配料，然后在高純ar氣氛保護下，用真空電弧爐熔煉，為了保證合金成分的成分均勻，母合金在爐內反復翻轉熔煉4次以上，得到母合金鑄錠；(2)高真空甩帶利用感應加熱的方式將步驟(1)制得的母合金鑄錠熔化，然后利用熔體旋淬法，在高真空條件下將熔融態合金噴射到高速旋轉的銅輥上，通過銅輥的導熱將熔融態合金快速冷卻(由于這一冷卻速度非常快，可以達到104k/s-106k/s數量級，從而能夠在室溫凝固時繼續保持其液態的無序結構抑制晶化，得到非晶態合金帶材)，得到用于作為電催化劑的fe-co-p-c系非晶合金帶材。本發明有益效果體現在：1、本發明的fe-co-p-c系非晶合金帶材在較寬的成分范圍內均表現出優異的玻璃化形成能力以及良好的電催化活性，是良好的析氫反應電催化劑，具有廣泛商業化應用前景。2、本發明的電催化劑采用熔體旋淬法制備，制備方法簡單、易操作、成本低、環境友好，整個制備過程不需要特殊設備，能進行大規模工業化生產，得到的合金帶材品質較高；本發明方法制備的fe-co-p-c系帶材可同時實現導電性好、活性位點多、電催化活性高等優點。附圖說明圖1為實施例1所制備的fe40co40p13c7非晶合金帶材的x射線衍射圖譜以及進行20h的電催化反應后樣品的x射線衍射圖譜；圖2為實施例1所制備的fe40co40p13c7非晶合金帶材的透射電子顯微鏡圖；圖3為實施例1所制備的fe40co40p13c7非晶合金帶材在0.5mh2so4電解液中的線性掃描伏安法性能曲線。具體實施方式下述實施例的fe-co-p-c系非晶合金帶材采用熔體旋淬法制備，所用設備型號為：wk，北京物科，中國。下述實施例所得fe-co-p-c系非晶合金帶材的非晶特性采用x射線衍射法(xrd)檢測，所用設備型號為：x’pertprompdx射線衍射儀，帕納科(panalytical)，荷蘭。下述實施例所得fe-co-p-c系非晶合金帶材的電催化活性采用電化學工作站獲得，所用設備型號為：chi760e，上海晨華，中國。實施例1本實施例按如下步驟制備fe40co40p13c7非晶合金帶材：(1)母合金錠的制備按照名義成分fe40co40p13c7，將純度為99.9wt.％的fe粉、co粉和純度不低于99.00wt.％p粉和c粉進行配料，然后在高純ar氣保護下，用真空電弧爐熔煉，為了保證合金成分的成分均勻，母合金在爐內反復翻轉熔煉4次以上，在每次熔煉過程中盡量慢地熔煉磷鐵和碳粉，防止溫度過高導致原材料揮發，最后冷卻后得到母合金鑄錠。(2)高真空甩帶利用感應加熱的方式將步驟(1)制得的母合金鑄錠重新熔化，然后利用熔體旋淬法，在高真空條件下將熔融態合金噴射到高速旋轉的銅輥上，通過銅輥的導熱將熔融態合金快速冷卻，以得到寬～2mm、厚～35μm的fe40co40p13c7非晶合金帶材。用x射線衍射法表征本實施例所得fe40co40p13c7非晶合金帶材(對應圖中的as-prepared)的結構，結果如圖1所示，非晶合金的xrd譜線上僅存在唯一的寬而彌散的寬峰，沒有看到明顯與晶體相對應的衍射峰存在，這是非晶合金的典型特征，可以斷定這些合金帶材為完全的非晶態組織。本實施例的fe40co40p13c7非晶合金帶材經20h的電催化反應之后(對應圖中的20htested)，其xrd結果顯示仍然存在明顯的非晶峰，說明這類feco基非晶合金帶材具有很好的耐腐蝕性。利用離子減薄儀對本實施例所得非晶合金進行減薄處理，然后再通過透射電鏡表征表面形貌，如圖2所示，沒有出現明顯的晶格條紋、衍射斑點以及晶體衍射環，再一次證明所得合金為非晶態結構。在微波功率100w條件下，將本實施例所得的fe40co40p13c7非晶合金帶材在丙酮中超聲30分鐘，然后依次用去離子水和無水乙醇洗滌、真空干燥箱干燥，得到表面清潔的測試樣；將所得測試樣用于電解水(析氫反應)電催化反應，進行電化學活性測試：將測試樣夾在對應的電極夾上，采用三電極體系用線性掃描伏安法進行測試，電解液為0.5mh2so4溶液，在掃描速率為100mv/s的掃速下測量，結果表明在過電位124mv時樣品電流密度可達到10macm-2。實施例2本實施例按實施例1相同的方法制備fe-co-p-c系非晶電催化劑，區別僅在于改變各原料配料時的名義成分，以獲得不同成分的帶材。所得樣品的尺寸參數如表1所示，經表征，各樣品皆為非晶態結構，且具有良好的電催化活性。表1fe-co-p-c系非晶合金帶材部分樣品的成分及尺寸參數樣品成分寬度(mm)厚度(um)fe72co8p13c72.9939fe64co16p13c71.8051fe56co24p13c71.8631fe48co32p13c72.3047fe40co40p13c72.0435fe26co44p15c152.2429fe45co35p201.9928以上僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12