[发明专利]电催化产氧NiPS3

说明书

本发明属于电催化领域，具体涉及一种电催化产氧NiPS₃/石墨烯复合催化剂及其制备方法。采用气相输运法制备大尺寸、高质量的NiPS₃晶体，在水中Tip超声获得少数层NiPS₃纳米片的分散液，真空抽滤干燥后与商用石墨烯粉体混合超声，得到NiPS₃/石墨烯复合催化剂，该复合催化剂制备过程具有方法简单、容易放大、成本低等特点。本发明充分利用NiPS₃优异的电催化产氧活性以及石墨烯的高比表面积、良好导电性等特点，解决NiPS₃导电性差和分散不均匀的问题，使得该复合催化剂在较低担载量下即可实现电催化产氧较低的起始电位、较小的塔菲尔斜率、高的工作稳定性以及仅需较小过电势便可获得较高电流密度，实现优异的电催化性能。

技术领域:

本发明属于电催化领域，具体涉及一种电催化产氧NiPS₃/石墨烯复合催化剂及其制备方法。

背景技术:

电解水是目前最为高效，清洁制氢的方法之一。电解水的两个半反应，产氢反应(HER)和产氧反应(OER)的反应能垒较高，一般需要添加催化剂来加速电化学反应速率。而产氧反应(OER)由于是四电子反应过程，其反应动力学过程远比产氢反应(HER)困难。因此，产氧反应(OER)被认为是电解水的限制反应。目前，贵金属氧化物如氧化钌(RuO₂)和氧化铱(IrO₂)是活性最高的OER催化剂，但是由于贵金属储量有限、价格昂贵、稳定性差等，这些因素制约其商业化应用。因此，开发低成本的新型非贵金属OER催化剂是解决电解水制氢、制氧能耗高、产率低的重要途径之一。

相比于块体材料，二维材料具有更高的比表面积、更多的边界位点、易于调控的电子结构以及更易功能化处理等优点。其中，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶体，具有优异的电学、热学和力学性能，已被广泛作为催化剂或者其他活性物质的基底分散材料应用于电催化领域。层状材料过渡金属硫磷化合物 MPS₃(M＝Fe、Co、Ni等)在电解水领域也受到广泛关注，其中NiPS₃表现出较好的电催化产氧催化性能，但是其较差的电导率及分散性严重制约其实际应用。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种电催化产氧NiPS₃/石墨烯复合催化剂及其制备方法，充分利用NiPS₃优异的电催化产氧活性以及石墨烯的高比表面积、良好导电性等特点，解决NiPS₃导电性差和分散不均匀的问题，使得该复合催化剂在较低担载量下即可实现电催化产氧较低的起始电位、较小的塔菲尔斜率、高的工作稳定性以及仅需较小过电势便可获得较高电流密度，实现优异的电催化性能。

本发明的技术方案是：

一种电催化产氧NiPS₃/石墨烯复合催化剂，其电导率为1.0×10^-7～1.0×10⁵ S/m，NiPS₃纳米片含量为5～95wt％，石墨烯含量为5～95wt％，担载量为0.1～1.0 mg/cm²，起始电位为1.46～1.60V，电流密度为10mA/cm²和100mA/cm²时的过电势分别294～350mV和351～450mV，塔菲尔斜率为42.6～80.0mV/dec。

所述的电催化产氧NiPS₃/石墨烯复合催化剂，优选的，NiPS₃/石墨烯复合催化剂的电导率为1.0×10²～1.3×10⁴S/m，NiPS₃纳米片含量为20～60wt％，石墨烯含量为40～80wt％，担载量为0.1～0.4mg/cm²，起始电位为1.46～1.50V，电流密度为10mA/cm²和100mA/cm²时的过电势分别294～330mV和351～430mV，塔菲尔斜率为42.6～60.0mV/dec。