[发明专利]一种高性能镍铁基析氧电催化纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种高性能镍铁基析氧电催化纳米复合材料及其制备方法与应用，该复合材料是由四硫化三镍和二硫化铁相互交联的均匀纳米片组成。该复合材料含有高价态金属离子Nisupgt;3+/supgt;，增加了OER的活性位点，同时增强了镍铁之间的协调作用，进一步提高了电催化性能。用简单水热法合成的镍铁基析氧电催化纳米复合材料，具有制备工艺简单、高效、合成条件温和、对环境友好等优点,且具有较高的催化活性，良好的电化学稳定性，适用于电化学领域，具有较大的潜在实用价值。

技术领域

本发明涉及新材料技术和电催化领域，属于高分子化学、纳米材料领域。具体的说，涉及镍铁基析氧电催化材料及其合成方法，其合成的镍铁基析氧电催化剂(Ni₃S₄/FeS₂)具有良好的电化学性能。

背景技术

当今社会，对化石能源的依赖所造成的环境污染，温室效应以及能源危机在全球引起了广泛的关注，因此开发更加绿色的新能源技术成为人类所需要迫切解决的问题之一。氢能因其能量大，密度小，存在形态多样，运输方便，可再生，无污染等的优点,被认为是人类根本性解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源。其中电解水制氢，因其原料储量丰富，零碳排放，是最有前景的制氢技术。然而，氧发生反应(OER)中动力学缓慢,较高的过电势是影响水电解效率的主要原因。因此寻找一种矿产资源丰富，价格低廉，催化效率高的催化剂，仍是面临的主要挑战。

过渡金属(如Ni、Co、Fe等)由于地球的储量丰富和相当大的活动性，吸引了科研人员越来越多的研究兴趣。近年来，地球上大量、高活性、耐腐蚀的过渡金属复合纳米材料(硫化物、碳化物、氮化物和磷化物)已经被开发出来，可以很好地取代贵金属作为电化学水分解中的催化剂。其中，硫化铁(镍)具有良好的电催化活性，导电性能好，易于合成，结构和形貌可控等优点被广泛用作OER的优良催化剂。与单金属催化剂相比，相关的双金属催化剂，特别是镍铁基化合物更具有吸引力，是最有前途的候选者之一。

然而，它们的电化学应用也受到一些严重的阻碍，例如，高价态金属离子含量低。高价态金属离子如Ni³⁺已被发现被确认为OER的活性位点，而大部分工作集中于Ni²⁺基材料。同时硫化铁(镍)纳米复合材料的制备过程中，由于制备工艺参数控制的缺陷，传统的电催化复合材料存在形貌不均一，易堆积等问题，阻碍了电子的传输和活性位点的暴露，导致其析氧性能有所欠缺。因此，制备含有高价态的金属离子且形貌均一的镍铁基纳米材料应用于电催化析氧，成为亟待解决的问题。为此，提出本发明。

发明内容

针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明提供一种高性能镍铁基析氧电催化纳米复合材料，其高价态的金属离子增加OER的活性位点，镍铁之间的协调作用提高了电催化性能。本发明通过水热法合成了镍铁基纳米复合材料，该制备方法工艺简单，高效，合成条件温和，原料来源丰富且成本低廉，制得的电催化材料作为电化学产氧催化剂表现出良好的电化学性能。

本发明还提供了上述高性能镍铁基析氧电催化纳米复合材料的制备方法、以及其在电催化析氧方面的应用。

本发明的技术方案如下：

一种高性能镍铁基析氧电催化纳米复合材料，该材料为Ni₃S₄/FeS₂复合材料，具有相互交联的均匀纳米片结构，尺寸为200～300nm。

根据本发明，优选的，所述的Ni₃S₄/FeS₂复合材料中Ni₃S₄：FeS₂＝(1-4)：1，进一步优选(1.5-3.5)：1，最优选3：1，摩尔比。所述的Ni₃S₄/FeS₂复合材料中Ni₃S₄：FeS₂＝3:1(镍铁摩尔比9:1)时材料电化学性能最优，且具有长时间稳定性。