[發明專利]一種Fex

在審

• 申請號: 202210405925.9
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114759203A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李亭亭;封飛艷;祁瑜雪;陳紫玥;徐子瀚;錢春竹;喻敏;劉蘇莉;邵文倩;顧祥耀
• 申請（專利權）人: 南京曉莊學院
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M8/00
• 代理公司: 南京先科專利代理事務所(普通合伙) 32285
• 代理人: 繆友菊

本發明提供一種Fe_x?Co₃S₄納米片,主要元素為Co、S、O和C，Fe摻雜進入Co₃S₄晶格中，為薄狀納米片顆粒，具有多孔結構，且具有較多位錯，臺階缺陷位點。本發明還公開了所述Fe_x?Co₃S₄納米片的制備方法和應用。本發明中制得的Fe_x?Co₃S₄納米片具有優異的OER性能，能夠高效催化燃料電池中的OER反應。本發明工藝簡單，反應溫度低，時間短，適合于批量生產，對于可再生能源技術發展具有重要的指導意義。

技術領域

本發明涉及電催化劑技術領域，具體涉及一種Fe_x-Co₃S₄納米片及其制備方法和應用。

背景技術

氫被認為是一種很有前途的化石燃料替代能源，可以緩解能源危機和環境污染。研究表明，電解水制氫由于其高效、環保受到了廣泛關注。電解水過程包括兩個半反應，即陰極的析氫反應（HER）和陽極的析氧反應（OER），由于OER涉及四電子耦合過程，反應動力學緩慢，成為反應的決速步驟。高效的催化劑可以降低OER能壘，因此，迫切需要開發合適的催化劑來降低過電位，加速水的氧化過程。迄今為止，貴金屬催化劑如IrO₂和RuO₂被認為能有效催化OER，但由于其成本高、資源稀缺、長時間穩定性差，限制了其廣泛使用。因此尋找一種價格低廉、高效穩定性的電催化劑成為研究人員的熱點。

文獻研究表明，過渡金屬硫族化合物因其豐富的組成、獨特的晶格結構、優異的電子傳輸能力等特性表現出優異的性能。最近報道已經證實了硫化物在OER過程中硫化物可能轉化為羥基氧化物，但在轉化為羥基氧化物后微量的S仍能提高催化劑的OER性能，因為S原子的電負性小于O原子，引入時能調節催化劑的電子結構，優化中間體的吸附能。然而，開發具有可控缺陷的新型電催化劑以提高其電催化活性和穩定性是一種有效的策略，但是在原子尺度上精確設計這些催化劑仍然非常困難。例如，沈陽工業大學武祥和吉林大學白福全等通過調整摻雜Zn離子的濃度，制備了幾種具有空位依賴性的CoZn_xMn_2-xO₄催化劑以提高水分解產氫的效率。Zn離子摻雜可以引起幾何結構和電子結構的變化，OER過程中的原位活化加速了活性物質的形成并有利于表面重建，通過形成(Co, Mn)OOH活性物質可以進一步提高催化劑的內在活性。目前，硫化鈷在能源儲備和能源轉化領域展現出潛在的利用價值。但是其催化活性和穩定性性能遠遠差于商業催化劑，制約了它的實際應用。因此，如何合成具有高活性和穩定性的硫化鈷材料仍是其廣泛應用的一大挑戰。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種Fe_x-Co₃S₄納米片及其制備方法和應用，具有新型、高效、廉價、穩定的特點。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：一種Fe_x-Co₃S₄納米片，主要元素為Co、S、O和C，Fe摻雜進入Co₃S₄晶格中，為薄狀納米片顆粒，具有多孔結構，且具有較多位錯，臺階缺陷位點。

本發明還公開一種所述Fe_x-Co₃S₄納米片的制備方法，以Co-MOF、硫源、六水合硫酸亞鐵銨、溶劑為原料，采用水熱法制得Fe_x-Co₃S₄納米片。

優選地，所述水熱法包括兩次保溫反應，一次保溫反應的溫度為180-220℃，時間為10-30min，二次保溫反應的溫度為280-320℃，時間為20-40min。

優選地，所述硫源為正十二硫醇。