[发明专利]一种富边缘活性位点的二硫化三镍析氧催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型富边缘活性位点的二硫化三镍析氧催化剂及其制备方法，所述方法为：将镍盐和NH₄NO₃溶解在蒸馏水中，然后在搅拌状态下滴加氨水至形成均一溶液；将泡沫镍进行预处理，然后将预处理后的泡沫镍置于均一溶液中，进行密闭反应，得到泡沫镍负载氢氧化镍前驱体；洗涤并干燥泡沫镍负载氢氧化镍前驱体，然后进行煅烧，得到NiO/NF；将Na₂S·9H₂O溶于水中，加NiO/NF进行反应，将反应后的产物进行洗涤、干燥，得到富边缘活性位点的二硫化三镍析氧催化剂。本发明基于廉价的过渡金属镍盐，采用简便可重复的氨水络合沉积法和烧结法制备了富边缘活性位点的Ni₃S₂/NF电极，用于催化析氧反应。

技术领域

本发明涉及二硫化三镍析氧催化剂技术领域，具体涉及一种新型富边缘活性位点的二硫化三镍析氧催化剂及其制备方法。

背景技术

在寻找替代化石燃料能源的清洁能源的任务中，水电解制氢是可再生资源的关键核心技术之一。用于水分解的电化学电池的最大缺点是由于阳极所需的现有水氧化催化剂的高过电位。钌(Ru)和铱(Ir)基催化剂是最有效的析氧反应(OER)电催化剂，但它们稀缺、价格昂贵，而且这些贵金属基电催化剂的有限供应不足以用于工业水分解。因此，开发高活性、地球丰富、和耐用的析氧催化剂。

来源丰富、成本低、环境友好的过渡金属硫化物(如NiS₂、FeS₂/CoS₂、Ni₃S₂、Co-MoS₂等)已被报道为有前景的OER电催化剂。最近，硫化镍，尤其是Ni₃S₂相，因其高电导率和良好的电催化性能而成为有吸引力的电催化剂。例如，Dong等人通过阳极氧化和蒸汽硫化策略合成的(003)面暴露的Ni₃S₂纳米多孔薄膜，驱动电流密度为20mA cm^-2，过电位为319mV。然而，最新电催化剂的性能仍然不能满足工业制造的需要。大量的活性位点可以进一步提高电催化剂的催化性能。对于具有更多活性位点的Ni₃S₂催化剂来说，创造许多边缘和缺陷是一个很好的策略。此外，在调节对OER的电催化活性和稳定性时，还应考虑电极结构。粉末状电催化剂通常需要添加聚合物粘合剂(例如Nafion)来制备最终电极。传统的铸造制备技术可能会破坏催化剂独特的微纳米结构，不可避免地减少暴露的活性位点并阻碍扩散电解质离子和氧气泡的释放。因此，直接在导电基底上原位合成富边缘的Ni₃S₂电催化剂是实现高效电催化活性和析氧反应耐久性的可行方法。此外，析氧反应是一个具有四个连续质子耦合电子转移步骤的复杂反应，并且Ni₃S₂在热力学上不如金属氧化物稳定。因此，找出真正的活性物质是一项重要的任务。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种富边缘活性位点的自支撑二硫化三镍析氧催化剂及其制备方法，无需额外搅料制样将催化剂附着于集流体，同时具有丰富活性位点，可保证电极在较大电流密度下(100mA cm^-2)高效稳定服役。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种富边缘活性位点的二硫化三镍析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐和NH₄NO₃溶解在蒸馏水中，然后在搅拌状态下滴加氨水至形成均一溶液；

(2)将泡沫镍进行预处理，然后将预处理后的泡沫镍浸没于步骤(1)制备的均一溶液中，进行密闭反应，得到泡沫镍负载氢氧化镍前驱体；

(3)洗涤并干燥步骤(2)制备的泡沫镍负载氢氧化镍前驱体，然后进行煅烧，得到NiO/NF，即泡沫镍负载氧化镍；