[發明專利]一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202011046881.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112090432B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王海人;尹習習;王麒鈞
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;C25B1/04;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/091
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 袁茹坤

本發明屬于電化學能源轉化技術領域，具體涉及一種高性能鐵摻雜硫化碲鎳水分解電催化劑的制備方法和應用。本發明提供的電催化劑的制備方法包括：活化泡沫鎳(襯底)，水熱法合成前驅體，進一步硫化后，進行第二次水熱得到具有三維納米網狀結構的鐵摻雜硫化碲鎳復合材料。本發明提供的電催化劑作為陽極催化材料在堿性條件下具有很高的電催化析氧性能，源于Fe與Ni之間強的相互作用，增加了析氧反應的活性位點；泡沫鎳的多孔結構，更有利于電子和質子傳輸。同時使用兩次水熱的制備鐵摻雜硫化碲鎳復合材料，具有較為優異的催化活性和電化學穩定性，方法簡單，合成條件溫和，綠色環保，不需要很高的能量消耗，在實際應用上有著較大的潛力。

技術領域

本發明一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑及其制備方法屬于電化學能源轉化技術和納米材料技術領域，特別涉及一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑及其制備方法。

背景技術

相對于傳統燃料，如煤、石油、天然氣這些不可再生能源來說，氫能作為一種綠色、環保、無污染的能源越來越成為科研人員研究的熱點。電解水是制備氫氣和氧氣的有效途徑，而其中析氧過程需要四電子、四質子過程，需要更高的能耗，因此也成為了全解水亟待解決的關鍵一步。之前研究中，OER過程采用的是貴金屬(Ru和Ir)化合物，能夠有效的降低活化能，具有高的穩定性和催化活性。但由于貴金屬在地球上儲量稀缺，所需成本較高，這極大的限制了貴金屬化合物在全解水中的應用。因此，采用地球上儲存含量高且具有高的催化性能的非貴金屬化合物應用于電解水是至關重要的。

目前為止，非貴金屬硫族化合物應用于析氧性能的研究很多，在眾多過渡金屬硫化物中，金屬硫化物因其具有高導電性，而被廣泛應用于電催化領域，然而如何提高其電催化性能仍是一個難題。最近對鐵鎳非貴金屬材料在電催化的方面的應用也是越來越多，如公開號 CN110368944A的發明專利就研究了一種α-NixFey(OH)₂納米片電催化劑，該電催化劑具有優異的析氧性能，當x∶y＝1∶3時，在電流密度為10mA cm^-2時，過電位低至287mV，Tafel斜率為54.4mV dec^-1；但這離產業化還有很大距離，其性能還有待改進。

本發明提供的過渡金屬硫化合物具有更多的電催化活性位點，析氧效果更為明顯，在鐵鎳摩爾比為4∶6時，在電流密度為10mA cm^-2時，過電位僅為143mV，塔菲爾斜率為27mV/dec，40h后電催化劑的穩定性能良好。本發明還提供了上述鐵摻雜硫化碲鎳電催化材料的制備方法，一次水熱法制備不同比例的鐵摻雜碲鎳，然后以硫源為原料，二次水熱得鐵摻雜硫化碲鎳電催化材料。方法過程簡單易操作，且成功制備了網狀鐵摻雜硫化碲鎳。

本發明一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑及其制備方法的具體內容如下：

發明內容

本發明提供了一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑及其制備方法，應用在堿性條件下電催化分解水制備氧氣，該電催化劑具有較高的電催化活性以及高的比表面積。本發明還提供一種電催化劑的制備方法，通過改變鐵與鎳的配比在泡沫鎳基底上原位生長具有三維納米網狀材料，增加了電催化劑的電化學表面積，對電催化析氧性能具有高的活性。

本發明所采用的技術方案是：

一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑，其特征在于該催化劑由支撐材料與電催化材料組成，在支撐材料上原位生長了電催化材料。

所述的電催化劑包括支撐材料泡沫鎳、原位生長在泡沫鎳上的電催化材料，所述電催化材料為不同鐵鎳配比合成的鐵摻雜硫化碲鎳，所述的電催化材料的結構為三維納米網狀結構。

本發明提供的一種鐵摻雜硫化碲鎳電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)超聲清洗泡沫鎳；