[发明专利]FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米新材料领域，具体涉及一种FeS‑NiS纳米片阵列析氧催化剂及其制备方法，所制得FeS‑NiS纳米片阵列析氧催化剂，即在钛网(TM)基底表面负载有FeS‑NiS纳米片阵列，其制备方法如下：首先制备NiFe‑LDH前驱：以Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、尿素、NH₄F为原料制得混合液，将钛网投入混合液进行水热反应制得，然后制得的NiFe‑LDH前驱投入Na₂S溶液中水热硫化反应制得。本发明所制备的催化剂在碱性条件下除了表现出优秀的电催化性能还具有良好的耐久性，是一种稳定高效的新型析氧催化剂。

技术领域

本发明属于纳米新材料领域，具体涉及一种FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源需求的迅速增加以及化石能源的消耗所带来的环境问题，各国各地都陆续颁布了相关政策以推进对清洁能源的转换。氢气作为一种燃烧产物无污染，地球蕴含量丰富的清洁能源引起了广泛的关注。电化学水分解被认为是有前景应用于大规模制氢的手段之一，高效的催化剂对于这一途径是必不可少的。目前，基于贵金属Pt的催化剂是最优良的析氢反应(HER)催化剂，但其高成本和小储量限制了其大规模应用。因此，开发地球蕴含量丰富，性能高效的HER催化剂至关重要。随着化石燃料的枯竭，随之而来的环境污染也越来越严重。清洁能源的开发对实现可持续发展至关重要。氢是一种可再生和清洁的能源，被认为是传统化石燃料的非常有吸引力的替代品。电化学水分解为我们提供了一种很有前途的制氢方法，但需要高效的电催化剂来促进析氧反应(OER)过程的反应速率。目前，氧化钌和氧化铱是最优良的OER催化剂，但其稀缺性和高成本限制了其广泛的应用。因此，开发地球蕴含量丰富，性能高效的OER催化剂至关重要。

过渡金属硫化物是一类重要的高导电性、易加工的化合物，有利于设计高效的电催化剂。NiS是一种有效的碱性OER催化剂，Fe也被认为是可用于设计OER催化剂的一种很有前途的过渡金属元素，基于这两种金属的化合物结合可设计一种高效的OER催化剂。

发明内容

针对以上现有催化材料的问题，本发明目的在于提供一种FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂，具有高效的催化活性，同时具有良好的电催化稳定性；本发明还提供其制备方法，具有工艺简单，成本低等优点；本发明所制备的催化剂应用于碱性条件下的析氧反应。

本发明所述的FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂，在钛网(TM)基底表面负载有FeS-NiS纳米片阵列。

本发明所述FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)制备NiFe-LDH前驱：将Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、尿素、NH₄F投入去离子水中剧烈搅拌获得混合液，将钛网投入混合液然后转移至聚四氟乙烯高压釜中进行水热反应，反应后冷却取出钛网，水洗、干燥后得NiFe-LDH前驱；

(2)制备FeS-NiS/TM：将步骤(1)中制得的NiFe-LDH前驱投入Na₂S溶液中然后转移至聚四氟乙烯高压釜中进行水热硫化反应，反应后冷却取出，水洗、干燥后得FeS-NiS/TM成品。

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

步骤(1)中水热反应的工艺条件为100-150℃下保温5-8h。

步骤(2)中水热硫化反应的工艺条件为100-150℃下保温5-8h。