[發(fā)明專利]一種磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211237910.2
• 申請(qǐng)日: 2022-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN115522216A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田宏偉;李雅欣;胡超權(quán);于陜升;鄭偉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B11/04;C01G53/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙) 22206
• 代理人: 王楠楠;李曉莉

本發(fā)明公開了一種磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑及其制備方法，屬于電催化領(lǐng)域，所述制備方法以鎳鐵普魯士藍(lán)類似物作為前驅(qū)體，通過溶劑熱法硫化后獲得鎳黃鐵礦，再置于有磷源的管式爐內(nèi)煅燒，得到磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑。本發(fā)明提供的方法相比于高溫固相法具有易于操作、所需時(shí)間更短等優(yōu)點(diǎn)，采用本發(fā)明提出的磷摻雜鎳黃鐵礦催化劑制備方法制得的磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑與Fe₅Ni₄S₈相比，磷摻雜有效提高了OER活性，且磷摻雜鎳黃鐵礦催化劑具有低過電位與高電流密度，且采用本發(fā)明方法制備的材料為非貴金屬，生產(chǎn)成本更低，穩(wěn)定性高，在析氧反應(yīng)中具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

為了滿足近期全球日益增長的能源需求，迫切需要探索清潔和可持續(xù)的可再生能源來替代不可再生的化石燃料。氫氣是一種有潛力的優(yōu)質(zhì)清潔新能源，可以通過電催化水分解產(chǎn)生，這一反應(yīng)是由陽極析氧反應(yīng)(OER)和陰極析氫反應(yīng)(HER)兩個(gè)半反應(yīng)組成。OER涉及復(fù)雜的四電子轉(zhuǎn)移過程(4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-)，動(dòng)力學(xué)緩慢，需要消耗更大的熱力學(xué)電位。因此，電催化水分解通常受到OER過程的限制。在這種情況下，探索一種新型、儲(chǔ)量豐富、高效和高活性的電催化劑來加速OER過程的緩慢動(dòng)力學(xué)是有意義的。迄今為止，貴金屬釕基和銥基氧化物被認(rèn)為是OER過程的最佳電催化劑。然而，由于成本高、儲(chǔ)量低、穩(wěn)定性差，限制了其廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

目前，一系列基于過渡金屬的非貴金屬催化材料因其高活性、良好的穩(wěn)定性和低成本而備受關(guān)注。由于高導(dǎo)電性，鎳黃鐵礦((Fe,Ni)₉S₈)材料在催化領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注，因其獨(dú)特的Ni-Fe雙金屬活性中心，四面體和八面體間隙帶來的穩(wěn)定性，而成為高效非貴金屬電催化劑的候選材料(Nature Communications,2016,12269)。此外，由鐵粉、鎳粉、硫粉作為原料進(jìn)行高溫固相合成需要的條件苛刻，分步合成法得到了研究(Journal ofMaterials ChemistryA,2019,7,12350-12357)，這種方法是以鎳鐵普魯士藍(lán)類似物作為前驅(qū)體，通過溶劑熱法進(jìn)行硫化，之后進(jìn)行退火，最終獲得(Fe,Ni)₉S₈。硫化物催化劑的磷化后處理最近被證明能夠提高本征催化活性和電導(dǎo)率，因?yàn)榛钚晕稽c(diǎn)數(shù)量的增加或由于母體硫化物的原子結(jié)構(gòu)扭曲而產(chǎn)生的新引入的活性位點(diǎn)(Advanced Functional Materials,2022,2206138)。近年來，已經(jīng)報(bào)道了具有高催化性能的鐵鎳過渡金屬硫化物和磷化物。因此，開發(fā)磷摻雜鎳黃鐵礦有利于顯著提高電催化性能，具有重要的水電解應(yīng)用價(jià)值，而目前還未見報(bào)道。

因此現(xiàn)有技術(shù)中需要一種新的技術(shù)方案解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑及其制備方法，以鎳鐵普魯士藍(lán)類似物作為前驅(qū)體，通過溶劑熱法硫化后獲得Fe₅Ni₄S₈，再置于有磷源的管式爐內(nèi)煅燒，得到磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑。該方法具有易于操作、所需時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明提出的磷摻雜鎳黃鐵礦催化劑制備方法制得的磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑與Fe₅Ni₄S₈相比，磷摻雜有效提高了OER活性，且磷摻雜鎳黃鐵礦催化劑具有低過電位與高電流密度。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種磷摻雜鎳黃鐵礦電催化劑的制備方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟，且以下步驟順序進(jìn)行：

(1)分別制備溶液A和溶液B；

將氯化鎳和檸檬酸三鈉溶解于去離子水中，得到溶液A；將鐵氰化鉀溶解于去離子水中，得到溶液B；