[发明专利]一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法

说明书

本发明属于析氧催化剂技术领域，具体涉及一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法，本发明利用硫化镍在电催化OER中极佳的潜力，对其掺以适量的铁离子进而合理调控硫化镍的电子结构，从而制备得到一种具有成本低廉、高活性和稳定性的析氧电催化剂；同时，本发明制备方法简单，不仅可以降低析氧反应的过电位，而且有望替代传统的IrO₂和RuO₂基催化剂，能够降低电解水制氢，二氧化碳还原，氮气电化学固定等析氧反应的成本。

技术领域

本发明属于析氧催化剂技术领域，具体涉及一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法。

背景技术

析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)是在电场和电催化剂的作用下，将水氧化产生分子氧的过程，是实现高效能源转换与利用的关键环节。析氧反应(OER)涉及四个电子转移，金属—氧(M-O)键和氧—氧(O-O)键的断裂与形成等过程，导致期动力学非常缓慢。需经历四电子转移过程，并且会伴有较高的过电位。但是OER反应是作为几个重要反应的阴极反应，如水的电解，以及二氧化碳、氮气通过电化学还原将可回收的能量转换成化学燃料的反应。因此，亟需高效且稳定的OER催化剂来降低过高的反应过电位，并且加速反应动力学。虽然传统的IrO₂和RuO₂基催化剂反应活性高，但是长时间稳定性差，而且资源匮乏的贵金属和高昂的价格严重限制了它们的大规模应用。

截至目前，已经开发了大量的非贵金属氧族化合物电催化剂来降低OER反应的过电位，在众多的非贵金属氧族化合物中，硫化镍具有成本低，易于合成，多价态变化以及在碱性溶液中高稳定性的特点，因此在电催化OER领域表现出极佳的潜力，因此在降低析氧电催化剂成本中具有重要意义和广阔的应用前景。然而，硫化镍具有导电性差以及催化活性不足等缺点，导致其应用受限。

因此，针对传统的IrO₂和RuO₂基催化剂成本高、产量稀少、长时间稳定性差，以及硫化镍导电性差、催化活性不足等缺陷，有必要开发一种具有成本低廉、高活性和稳定性的电催化剂，以改善析氧反应的过电位。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法，通过往硫化镍中掺入适量的铁离子，制备得到一种成本低廉、高活性和稳定性的析氧电催化剂。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法，即往处理好的泡沫镍中加入有机溶剂，硝酸铁和硫脲，进行水热反应后经洗涤和干燥制备得到。

优选地，所述有机溶剂为乙二醇。使用乙二醇作为有机溶剂，相对于其他常见的溶剂(水，N,N-二甲基甲酰胺等)，所制备得到的铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的性能要更好。

本发明以硫脲为硫源，以硝酸铁、泡沫镍为金属源，使用水热法一步在泡沫镍上原位合成了具有多级结构的析氧电催化剂，并且可以通过控制反应的温度、时间以及反应物浓度合理调控催化剂的性能，相较于其他粉体材料催化剂，本发明制备的催化剂属于自支撑结构，无需加入高分子粘结剂，避免了导电性降低，并提高了材料的利用率，同时多级结构增加了活性位点与电解液的接触面积，在碱性条件下，本发明的催化剂能够在析氧反应中的表现出优异的析氧反应性能，可以有效降低析氧反应的过电位，并且在长时间的计时电流测试中展现了极好的稳定性。

优选地，所述硝酸铁和硫脲的摩尔比为(0.5-1.5):1。进一步地，所述硝酸铁和硫脲的摩尔比为1:1。

优选地，水热反应的温度为120-180℃，时间为4-12h。进一步地，水热反应的温度为180℃，时间为5h。

优选地，所述有机溶剂的添加量使硝酸铁的浓度为0.005-0.015mol/L。进一步地，所述有机溶剂的添加量使硝酸铁的浓度为0.01mol/L。