[发明专利]一种Ni/Ni3

说明书

本发明公开了一种Ni/Ni₃S₂纳米簇‑石墨烯复合材料及其制备方法以及在电催化析氧中的应用。通过改变培养基的成分调控细菌(Pandoraea sp.B‑6，保藏编号CGMCC No.4239)在细胞膜上积累CdS纳米颗粒，以此为载体利用静电吸附依次负载氧化石墨烯(GO)和Ni²⁺以形成复合前体，随后通过一步热解制备得到催化剂，该制备方法简单方便、安全、廉价易于控制。该材料拥有出色的OER催化活性，反应能垒低，具有较多的活性位点，拥有较高的电化学活性表面积，优势的电导率提高了电子转移效率，并且能在长时间的催化过程中保持高催化性能和高稳定性，能够代替贵金属促进碱性介质中电解水体系的发展。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种Ni/Ni₃S₂纳米簇-石墨烯复合材料及其制备方法，以及在电催化析氧中的应用。

背景技术

不断增长的全球能源消耗需要可持续的能源供应。由氧气析出反应(OER) 和氢气析出反应(HER)引发的水分解装置被高度认为是理想的下一代能量存储或转化技术。与HER相比，OER固有的复杂四电子转移过程一直是提高整体水分解效率的最大限制。为了加速这一复杂的过程，迫切需要开发高效，稳定的 OER电催化剂。迄今为止，在酸性或碱性介质中，公认最有效，稳定的OER催化剂仍然是基于贵金属氧化物的，如IrO₂和RuO₂。然而，高活性贵金属基催化剂的高成本和稀缺性严重阻碍了其大规模应用。

目前，人们正在努力探索地球富含的非贵金属电催化剂，特别是负载型过渡金属催化剂，例如第一行(3d)过渡金属氧化物，硫化物，硒化物，磷化物，以及双层氢氧化物等。这些能替代贵金属的催化剂已经引起了对可再生能源研究的越来越多的兴趣。在这些材料中，基于镍的化合物，特别是用于硫化镍(Ni₃S₂) 的材料，由于其有前途的OER性能和成本效益，被认为是研究最广泛的OER催化材料之一。尽管具有良好的电化学性能，但低电导率和暴露出的数量有限的活性位点在本质上阻碍了其潜在催化性能的改善。

除此之外，单质镍纳米颗粒也是被广泛研究的电催化材料之一，然而由于其结构尺寸及表面活性等问题，导致电化学稳定性较差，因此，有研究常用结构包覆或者异质复合来提升稳定性，但所制备的单质镍复合材料多应用于HER催化剂，很少涉及OER体系。

得益于固有的高表面积并提供大量活性中心的石墨烯基电催化材料被认为是各种能量转换和存储系统的有前途的候选者。然而，由于石墨烯固有的高费米能级，因此不可避免地需要高施加电压以使石墨烯催化剂活化氧中间体。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Ni/Ni₃S₂纳米簇-石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该材料通过生物沉积介导的方法在热解过程诱导形成了超小尺寸的单质Ni和Ni₃S₂耦合的纳米簇锚定在石墨烯基体上，应用于 OER催化中表现出高稳定性和高催化活性。

本发明一种Ni/Ni₃S₂纳米簇-石墨烯复合材料，所述复合材料由石墨烯基体，以及均匀固定在石墨烯基体上的Ni/Ni₃S₂纳米簇组成。

优选的，所述Ni/Ni₃S₂纳米簇由Ni和Ni₃S₂通过化学耦合形成。