[发明专利]具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的制备方法，具体涉及一种利用水热法先合成前驱体，再继续通过溶剂热法将前驱体转化成具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的方法，该方法得到具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂。反应活性高，导电性好，碱性条件下稳定性高等优点。本发明材料制备方法简易，设备简单；原材料价格低廉，重复性好。

技术领域

本发明涉及具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的制备方法，具体涉及一种利用水热法先合成前驱体，再继续通过溶剂热法将前驱体转变成比表面积大和活性位点多的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的制备方法，所得到的硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物催化剂具有析氧反应活性高，导电性好，碱性条件下稳定性高等优点。

背景技术

具有比表面积大、暴露的活性位点多等特点的高效的催化剂是可以降低过电位的材料，其在燃料电池、太阳能电池、金属空气电池以及生产清洁氢燃料等方面有重要的应用。

贵金属基催化剂是最有效的OER催化剂，例如铱(Ir)和钌(Ru)，但由于其功能单一，价格高和土壤丰度低，其开发和广泛应用受到了极大的限制。因此，开发用于析氧反应(OER)的高活性和稳定的非贵金属电催化剂对于有效的水分解至关重要。基于非贵金属的过渡金属(Ni，Fe，Co)化合物和合金由于其优异的理论催化性能，环境友好性和丰富的来源，成为水分解的有效催化剂。其中过渡金属氢氧化物因其成本低廉，来源丰富和良好的耐腐蚀性而在电催化领域获得了很多研究兴趣。但是，它仍然存在一些问题，例如厚的体积形式和活性位点的固有活性差以及活性位点的数量有限，通过大量研究工作，在所有高性能催化材料中，由于金属硫化物之间具有丰富的氧化还原活性位点和协同作用，因此过渡金属硫化物显示出有吸引力的电催化活性和高稳定性。设计和合成比表面积大和活性位点多的硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物催化剂能够有效缓解这一问题，有利于提高催化剂的析氧反应活性，增强导电性，更有利于清洁燃料的生产。

镍、铁、钴三元金属氢氧化物作为析氧反应的电催化剂被广泛研究。然而，巨大的体积效应、活性位点的固有活性差以及活性位点的数量有限等限制了它的发展。硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物催化剂因表面粘附着许多细小颗粒，其比表面积增大，从而使更多的活性位点暴露使得电催化剂催化活性更高。因此，硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物可以显著的提高电催化析氧反应的活性。

对于镍、铁、钴三元金属氢氧化物这一类材料而言，镍、铁、钴三种金属元素均被认定为催化活性中心，并且具有资源丰富以及成本效益，这在设计电化学高性能析氧电催化剂方面具有明显优势。到目前为止，通过水热法制备硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物的方法未见报道。

发明内容

本发明涉及具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂的制备方法，具体涉及一种利用水热法先合成前驱体，再继续通过溶剂热法将前驱体制备成具有较大比表面积以及更多的活性位点的方法，所得到的硫掺杂镍、铁、钴三元金属氢氧化物高性能析氧催化剂具有反应活性高，导电性好，碱性条件下稳定性高等优点，且易于批量生产。

本发明先通过水热法制备前驱体，再继续通过溶剂热法将前驱体制备成具有阶梯立体结构的硫掺杂镍、铁、钴三元氢氧化物高性能析氧催化剂，其具体制备工艺为：