[發明專利]FeS-NiS納米片陣列析氧催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811633251.8
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109847763B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 孔榮梅;欒曉倩;杜蕙同
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C25B1/04;C25B11/091;C25B11/032;C25B11/063;C25B11/052
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 蔡紹強

本發明屬于納米新材料領域，具體涉及一種FeS?NiS納米片陣列析氧催化劑及其制備方法，所制得FeS?NiS納米片陣列析氧催化劑，即在鈦網(TM)基底表面負載有FeS?NiS納米片陣列，其制備方法如下：首先制備NiFe?LDH前驅：以Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、尿素、NH₄F為原料制得混合液，將鈦網投入混合液進行水熱反應制得，然后制得的NiFe?LDH前驅投入Na₂S溶液中水熱硫化反應制得。本發明所制備的催化劑在堿性條件下除了表現出優秀的電催化性能還具有良好的耐久性，是一種穩定高效的新型析氧催化劑。

技術領域

本發明屬于納米新材料領域，具體涉及一種FeS-NiS納米片陣列析氧催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著能源需求的迅速增加以及化石能源的消耗所帶來的環境問題，各國各地都陸續頒布了相關政策以推進對清潔能源的轉換。氫氣作為一種燃燒產物無污染，地球蘊含量豐富的清潔能源引起了廣泛的關注。電化學水分解被認為是有前景應用于大規模制氫的手段之一，高效的催化劑對于這一途徑是必不可少的。目前，基于貴金屬Pt的催化劑是最優良的析氫反應(HER)催化劑，但其高成本和小儲量限制了其大規模應用。因此，開發地球蘊含量豐富，性能高效的HER催化劑至關重要。隨著化石燃料的枯竭，隨之而來的環境污染也越來越嚴重。清潔能源的開發對實現可持續發展至關重要。氫是一種可再生和清潔的能源，被認為是傳統化石燃料的非常有吸引力的替代品。電化學水分解為我們提供了一種很有前途的制氫方法，但需要高效的電催化劑來促進析氧反應(OER)過程的反應速率。目前，氧化釕和氧化銥是最優良的OER催化劑，但其稀缺性和高成本限制了其廣泛的應用。因此，開發地球蘊含量豐富，性能高效的OER催化劑至關重要。

過渡金屬硫化物是一類重要的高導電性、易加工的化合物，有利于設計高效的電催化劑。NiS是一種有效的堿性OER催化劑，Fe也被認為是可用于設計OER催化劑的一種很有前途的過渡金屬元素，基于這兩種金屬的化合物結合可設計一種高效的OER催化劑。

發明內容

針對以上現有催化材料的問題，本發明目的在于提供一種FeS-NiS納米片陣列析氧催化劑，具有高效的催化活性，同時具有良好的電催化穩定性；本發明還提供其制備方法，具有工藝簡單，成本低等優點；本發明所制備的催化劑應用于堿性條件下的析氧反應。

本發明所述的FeS-NiS納米片陣列析氧催化劑，在鈦網(TM)基底表面負載有FeS-NiS納米片陣列。

本發明所述FeS-NiS納米片陣列析氧催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)制備NiFe-LDH前驅：將Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、尿素、NH₄F投入去離子水中劇烈攪拌獲得混合液，將鈦網投入混合液然后轉移至聚四氟乙烯高壓釜中進行水熱反應，反應后冷卻取出鈦網，水洗、干燥后得NiFe-LDH前驅；

(2)制備FeS-NiS/TM：將步驟(1)中制得的NiFe-LDH前驅投入Na₂S溶液中然后轉移至聚四氟乙烯高壓釜中進行水熱硫化反應，反應后冷卻取出，水洗、干燥后得FeS-NiS/TM成品。

Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O的用量比例為4-8:1。

步驟(1)中水熱反應的工藝條件為100-150℃下保溫5-8h。

步驟(2)中水熱硫化反應的工藝條件為100-150℃下保溫5-8h。