[发明专利]一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种过渡金属硫化物复合氢氧化物自支撑电催化水氧化电极的制备方法，该方法采用水热法将过渡金属硫化物负载在导电基底上，然后采用水热法或者电沉积的方法，将过渡金属氢氧化物原位生长在过渡金属硫化物上，得到了过渡金属硫化物复合氢氧化物电极。本发明提供的复合电极的制备方法无需使用粘结剂，在碱性电解液中，表现优异的电催化析氧性能，且表现出优异的稳定性。本发明制备的过渡金属硫化物复合氢氧化物电极有良好的导电性、较大的活性表面积，制备方法简单，易扩大化生产大面积的催化电极，具有潜在的商业应用前景。

技术领域

本发明属于新能源材料技术及电催化技术领域，涉及一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极及其制备方法，还包括催化剂在碱性电解水阳极析氧反应的应用。

背景技术

伴随着人口的不断增长，对化石能源的消耗持续增加，进而引发了一系列环境问题，大大威胁了人类的生存和发展。因此，亟待开发清洁、可再生的新能源来替代传统的化石能源。氢能作为一种新型的绿色能源，因其具有燃烧热值高、产物无污染等特点而备受关注。在众多制备氢能的方式中，电催化分解水制氢被认为是最清洁、高效的制氢方式之一。电催化分解水分为两个重要的半反应，即阴极析氢反应和阳极析氧反应，两个反应同时进行。其中，阳极析氧反应涉及多步反应，为四质子、四电子转移过程，动力学相对较为缓慢，被认为是水分解反应的瓶颈，大大制约了制氢效率。因此，当前问题的关键在于开发稳定、高效的水氧化电催化剂。

迄今为止，贵金属氧化物(RuO₂以及IrO₂)依旧被认为是当前最好的水氧化电催化剂，但由于其储量低、价格昂贵，大大制约了贵金属氧化物电催化剂的商业化应用。为了降低成本，提升电催化析氧效率，众多过渡金属基电催化剂因其成本低廉、来源丰富等优点被广泛研究，例如氧化物、氢氧化物、磷化物、硒化物、氮化物、硫化物、硼化物等，但其性能距离贵金属催化剂还有一定的差距，仍不能满足当前发展的需要。

在众多过渡金属基水氧化电催化剂中，镍铁层状双氢氧化物(以下简称NiFe LDH)和过渡金属硫化物储量丰富、水氧化性能优越，被认为是极有发展前景的贵金属氧化物催化剂替代品。对于NiFe LDH，它具有独特的二维层状结构和稳定性，但其导电性和本征活性较差制约了其催化性能的提升。而对于过渡金属硫化物，其具有良好的导电性，但其催化水氧化的稳定性却相对较差。因此，开发成本低廉同时具有高活性和稳定性的析氧电催化剂具有重大意义。

发明内容

本发明解决当前析氧电催化剂成本高、性能和稳定性差的问题，提供了一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极及其简便的制备方法，可直接应用于电催化析氧反应，在碱性电解液中表现出优异的电催化析氧活性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极，由过渡金属硫化物复合氢氧化物负载在导电基底上构成。

进一步的，所述的导电基底选用泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁或泡沫钴中的一种。

进一步的，所述的氢氧化物中金属选用镍、铁、钴、铜、钼、铬、锰、钒、锂和钡中的两种或者多种。

一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)对导电基底进行预处理；

(2)将硫脲溶解于去离子水中，其中，硫脲的浓度为0.1-10.0mmol/L；搅拌至溶解后转移到水热釜中，并加入导电基底，100-180℃水热反应1-10h，得到负载有过渡金属硫化物的导电基底，洗涤、干燥；

(3)或者将硫脲和氯化锂溶解于去离子水中，其中，硫脲的浓度为0.2-2mol/L，氯化锂的浓度为0.5-2mol/L；搅拌至溶解后转移到水热釜中，并加入导电基底，60-150℃水热反应1-6h，得到负载有过渡金属硫化物的导电基底，洗涤、干燥；