[发明专利]一种电催化阳极析氧催化剂(FexNi1-x)S2纳米晶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及功能材料领域，公开了一种电催化阳极析氧催化剂(Fe_xNi_1‑x)S₂纳米晶材料及其制备方法。制备原料为Fe、Ni、S单质粉末，制备方法为球磨反应法。具体如下：将上述金属粉末和非金属粉末按照设定比例称取，并在真空手套箱中将称取的粉末装入硬质合金球磨罐中，加入适量分散剂随后密封取出。随后将球磨罐安装在球磨机上进行球磨反应，球磨若干小时候后得到的粉末即为(Fe_xNi_1‑x)S₂纳米晶催化剂材料。本发明所制备的(Fe_xNi_1‑x)S₂纳米晶催化剂材料具有优异的电催化阳极析氧性能，且制备过程简单仅需一步合成，高效实用适合大规模量产。

技术领域

本发明属于电催化阳极析氧催化材料制备领域，涉及一种电解水反应阳极析氧电催化材料的设计与制备。

背景技术

随着人类社会的发展，化石能源逐渐面临枯竭且其燃烧产物对大气环境有严重污染，因而能源与环境已成为当今世界发展的两大主要问题。开发具有安全、高效、可再生能力的清洁能源是解决能源与环境问题的关键所在。H₂作为一种清洁、无污染的可再生能源，具有很高的能量密度，是同时应对能源和环境两大问题的理想选择。电解水析氢是目前工业上制取H₂的重要手段，在电解水系统中，电极的阴极和阳极分别同时进行析出H₂和O₂的反应。但是阳极析氧反应需要较高的活化极化电位，这成为电解水反应能耗大、效率低的主要原因。在燃料电池、金属空气电池系统中阳极析氧反应同样是关键反应过程，其较高的活化极化电位也制约了上述研究的发展。因此，开发析氧过电位低、稳定性好的阳极催化材料对于电解水制氢和燃料电池等产业具有极其重要的意义。

目前，商业上广泛使用的电催化阳极析氧催化剂材料主要是贵金属氧化物如RuO₂、IrO₂和RhO₂等。然而贵金属氧化物价格昂贵，且其资源相对匮乏难以满足大规模的工业需求。因此开发出价格低廉，资源储量丰富且高效的电催化阳极析氧催化材料是亟待解决的问题。众所周知，过渡族金属Fe、Co、Ni是上述贵金属的同族金属元素，具有与相应贵金属类似的电子结构，且在地壳中的丰度较大，因此过渡族金属Fe、Ni等的相关化合物是极具潜力的阳极析氧电催化材料。这其中，过渡族金属硫化物如FeS₂和NiS₂因良好的阳极析氧电催化活性得到了大量的关注。本研究在前期研究的基础之上，结合了FeS₂和NiS₂的催化剂各自特点开发了具有优异电催化阳极析氧性能的(Fe_xNi_1-x)S₂纳米晶催化剂材料。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种用于电催化阳极析氧的(FexNi1-x)S2纳米晶催化材料的成分设计和制备方法，该成分设计拓展了黄铁矿相过渡族金属硫化物的成分类别，制备方法简单高效，所制备的纳米晶材料催化性能优异且稳定。

技术方案：本发明的一种电催化阳极析氧催化剂(Fe_xNi_1-x)S₂纳米晶材料，该纳米晶材料中，异质原子Fe合金化进入NiS₂晶格，占据部分Ni原子晶格位点并且维持黄铁矿结构的(Fe_xNi_1-x)S₂纳米晶材料，该(Fe_xNi_1-x)S₂纳米晶材料成分中X的范围为0.2≤X≤0.7。合成原料中Fe和Ni原子数之和与S原子数比例为1：1.8到1：2.2。

其中，该纳米晶材料的粉末是由粒径约为20nm的纳米颗粒团聚而成的微米颗粒。