[發明專利]一種Ce摻雜的Ni-Fe-Ce三元硫化物析氧催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201810295780.5
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108435211B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 雷英;牟紅;羅歡;黃仁興;張丹丹;謝華明
• 申請（專利權）人: 四川理工學院
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J37/10;B01J37/03;B01J37/20;C25B11/091;C25B1/04;H01M4/86;H01M4/90
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發明屬于無機材料合成技術領域，具體為一種Ce摻雜的Ni?Fe?Ce三元硫化物析氧催化劑的制備方法。本發明直接以金屬鹽Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃.9H₂O和Ce(NO₃)₃·6H₂O為原料，以水為溶劑，采用簡單的兩步法（共沉淀和水熱法）即可得到三元復合硫化物催化劑。反應中無需加入任何模板劑或者輔助的添加劑，并且所得產物無需再進行煅燒退火處理，可直接作為催化劑使用。將所制備的催化劑材料用于催化水裂解產氧，不僅為現今亟待解決的析氧催化材料的開發提供了一種綠色、環保、低成本的方法，也為燃料電池的發展提供一種可供選擇的催化劑材料。

技術領域

本發明屬于無機材料合成技術領域，具體為一種Ce摻雜的Ni-Fe-Ce三元硫化物析氧催化劑的制備方法。

背景技術

近年來，隨著環境污染和能源危機日益加劇，發展可再生的綠色能源的成為一大熱點。氫能作為一種新型的綠色能源因為它的便于儲存，方便運輸，高效能等優點，引起了人們的日益廣泛關注。與自然界中光合作用下太陽能轉化為化學能類似，水裂解即可產生潔凈的氫能源。典型的水裂解過程主要分為陰極析氫（HER）和陽極的析氧（OER）兩個半反應。其中OER過程的過電位損失遠遠高于HER過程的（通常高出幾倍）限制了大規模的電解水。發展高效穩定的電催化劑以降低OER過電位是實現大規模電解水產氫的關鍵。目前，對OER過程有良好催化效果的催化劑主要有貴金屬的Ru[1]和Ir、Pt[2]，然而這些材料高昂的價格限制了其大規模應用，這也促使人們去研究一些非貴金屬基電催化劑[3]。過渡金屬基的氧化物或氫氧化物催化劑由于其低廉的價格，原料廣泛且環境友好等優勢引起了研究者廣泛關注。Ma等人研究發展了一系列的非貴金屬基的催化劑如金屬骨架衍生的Co₃O₄/C材料，N、O共摻雜的C₃N₄ 膜等[4，5]，同時Gao課題組報道了二元非貴金屬基的分級中空微立方結構NiCo₂O₄材料在OER過程中具有極好的催化性能[6]。此外，大量研究表明，價格低廉且環境友好的Fe基材料具有一定的催化析氧性質，對Fe基材料進行摻雜后得到的二元復合材料其催化活性更是得到顯著提高。如戴宏杰等人研究了NiFe的LDH材料在OER過程的催化性能，然而作為OER過程催化劑時這些二元的催化劑動力學和傳質效果仍然有待提高[7]。因此，本研究中提出采用多元共催化的概念來解決單一的和二元催化劑的不足，以期更進一步提高Fe基催化劑的性能。Ce的氧化物（如CeO₂）由于其能在Ce³⁺和Ce⁴⁺氧化態之間自由轉換，具有較高的儲氧性能。金屬硫化物與其相應金屬氧化物有相似的反應性質，此外，有研究表明金屬的硫化物往往表現出相應的金屬氧化物更優異的導電性能，因此設計合成三元體系的Ni-Fe-Ce復合硫化物將有利于提高析氧催化性能。

發明內容

本發明針對目前貴金屬催化劑價格高昂，難以大規模應用以及單一的非貴金屬催化劑存在的性能方面的不足，本發明提供一種Ce摻雜的Ni-Fe-Ce三元硫化物析氧催化劑的制備方法。該制備方法中提出采用多元共催化的概念來解決單一催化劑的不足，以期更進一步符合電解水對催化劑的要求。Ce的氧化物（如CeO₂）由于其能在Ce³⁺和Ce⁴⁺氧化態之間自由轉換，具有較高的儲氧性能。金屬硫化物與其相應金屬氧化物有相似的反應性質，此外，有研究表明金屬的硫化物往往表現出相應的金屬氧化物更優異的導電性能，因此提出了向二元體系Ni-Fe化合物中摻雜一定量的Ce制備得到三元Ni-Fe-Ce復合硫化物催化劑。

將所制備的催化劑材料用于催化水裂解產氧，不僅為現今亟待解決的析氧催化材料的開發提供了一種綠色、環保、低成本的方法，也為燃料電池的發展提供一種可供選擇的催化劑材料。

為了實現以上發明目的，本發明的技術方案為：