[发明专利]一种高效水氧化FeNiS2

说明书

本发明涉及一种高效水氧化FeNiSsubgt;2/subgt;/rGO电催化剂及其制备方法和用途，属于电解水催化剂技术领域。本发明中的电催化剂为纳米颗粒与薄层纳米复合材料，该复合材料由FeNiSsubgt;2/subgt;纳米颗粒及还原性氧化石墨烯(rGO)薄层纳米片复合而成，FeNiSsubgt;2/subgt;纳米颗粒均匀地附着在rGO薄层纳米片的表面。FeNiSsubgt;2/subgt;组成为Fesubgt;x/subgt;Nisubgt;1‑x/subgt;Ssubgt;2/subgt;(x＝0.02～0.5)，FeNiSsubgt;2/subgt;纳米颗粒尺寸为20～100nm；rGO薄层纳米片的尺寸为1～2μm。本发明将双金属过渡金属硫化物纳米颗粒中引入石墨烯作为载体，不仅可以增强过渡金属硫化物的分散性，抑制纳米颗粒的团聚，提高稳定粒，而且石墨烯可作为助催化剂，通过协同作用提高催化剂的活性，增加电子转移速率，降低过电势。具有好的析氧性能，低的过电势，高的稳定性等优点。

技术领域

本发明涉及一种高效水氧化FeNiS₂/rGO电催化剂及其制备方法，属于电解水催化剂技术领域。

背景技术

能源是经济增长和社会变革的重要物质基础。随着世界人口的增长和工业化进程的加快，对化石燃料过度消耗所引发的能源危机和环境问题的重大关切，推动了对可再生和清洁能源的探索，如风能，太阳能，氢能等。电化学劈水是一种新型可再生清洁氢能再生方法。在标准状态下，水的理论分解电压为1.23(ΔG＝237.2kJ/mol)，然而在实际情况下，电化学极化及浓差极化等的存在会导致电极电位偏离平衡电位，产生过电位，从而导致水的实际分解电压远大于1.23V，因此需要采用高效的电催化剂来降低水分解反应的过电位，提高能量转换效率，减少电能的消耗，降低成本。

在水电解过程中有两个关键的电化学过程，即析氧反应和析氢反应。相比于析氢反应，析氧反应是一个四电子转移过程，具有多个中间态，导致缓慢的动力学和较大的过电位。析氧反应主要决定电解槽的整体分水效率。目前贵金属基电催化剂被认为是碱性电催化中较好的析氧反应电催化剂，但是它们的储量有限，成本高昂，使其商业化应用发展受到限制。因此，开发低成本高效的非贵金属电催化剂势在必行。

过渡金属(如如铁、钼、镍，钨等)可以提供未配对的d轨道电子，因此可以打开O-H键。过渡金属硫化物具有类似氢化酶的催化机理和对析氧反应的高催化活性，因而越来越多的人开始研究非贵金属过渡金属硫化物电催化剂。然而单纯的过渡金属硫化物的容易团聚，从而使其具有缓慢的动力学过程及较高的过电势。

发明内容

本发明的目的在于针对现有过渡金属硫化物电催化剂存在的问题而提供一种原材料价格低廉、催化活性高、过电势低、化学稳定性好的一种电催化析氧反应的FeNiS₂/rGO电催化剂。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高效水氧化FeNiS₂/rGO电催化剂，所述FeNiS₂/rGO电催化材料为纳米颗粒与薄层纳米片复合材料，该复合材料由FeNiS₂纳米颗粒及还原性氧化石墨烯(rGO)薄层纳米片复合而成，FeNiS₂纳米颗粒均匀地附着在rGO薄层纳米片的表面。所述FeNiS₂/rGO材料中，FeNiS₂组成为Fe_xNi_1-xS₂(x＝0.02～0.5)，FeNiS₂纳米颗粒尺寸为20～100nm；rGO薄层纳米片的尺寸为1～2μm。

优选地，所述水氧化FeNiS₂/rGO电催化材料中，rGO的百分比为5～50％。

本发明还提供上述高效水氧化FeNiS₂/rGO电催化材料的制备方法，包括以下步骤：