[发明专利]一种高活性自支撑OER电催化剂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种高活性自支撑OER电催化剂材料及其制备方法与应用。所述电催化剂材料包括泡沫镍基体以及在泡沫镍基体上原位生长的具有异质结构的NiFe₂O₄/Ni₃S₄/Ni(OH)₂材料。本发明还提供了上述电催化剂材料的制备方法，包括步骤：将预处理后的泡沫镍置于铁源水溶液中，进行水热反应；反应完成后，经洗涤、干燥得到NiFe₂O₄/Ni(OH)₂/NF复合材料；将所得NiFe₂O₄/Ni(OH)₂/NF材料置于硫源水溶液中，进行硫化反应；反应完成后，经洗涤、干燥即得。本发明为NF三维骨架上原位生长NiFe₂O₄/Ni₃S₄/Ni(OH)₂的异质结构，具有优异的电催化性能。

技术领域

本发明涉及一种高活性自支撑OER电催化剂材料及其制备方法与应用，属于电催化材料领域。

背景技术

当今社会，由于煤、炭等化石燃料的过度燃烧，导致严重的能源危机与环境污染。大量污染物的排放，不仅造成生态环境的严重破坏，还危及人类的生存发展。因此，开发和利用清洁的可再生能源逐步取代化石燃料，成为未来能源发展的主要趋势。氢能凭借其能量密度高，燃烧热值大，产物无污染等众多优势，成为一种理想的清洁能源。相比较其他的产氢方式(如焦炉气制氢、甲烷重整制氢等)，电催化裂解水产氢更加高效，且产物不会产生二次污染，故而受到研究者的广泛关注。然而，析氧反应(OER)作为电解水过程中发生在阳极的半反应，由于反应过程中涉及多个中间态的转化及多个电子的转移，导致反应过程十分缓慢，相较于阴极的析氢反应(HER)，需要更高的过电位驱动催化过程的发生，因此，合成一种高效的OER电催化剂来降低电解水所需要的过电位，对于实际的电催化裂解水意义重大。

目前，贵金属Ir和Ru的氧化物凭借其优异的催化活性，仍然是主要的OER电催化剂。但是由于贵金属储量有限、价格昂贵、稳定性相对较差等不足，限制了其大规模的工业生产。因此，制备一种兼具活性和稳定性的非贵金属基OER催化剂是提高电解水效率的关键所在。过渡金属层状氢氧化物作为一种典型的非贵金属基催化剂材料，具有合成工艺简单、价格低廉、催化活性高等众多优势，是一种理想的电催化剂材料。例如：中国专利文件CN112023946A提供了一种自支撑镍铁层状双氢氧化物硫化物电催化剂的制备方法，该制备方法包括如下步骤：对原始泡沫镍进行预处理得到净化泡沫镍；按照预设比例将六水合硝酸镍、九水合硝酸铁和尿素溶于去离子水中得到混合液；将泡沫镍加入混合液中进行一次水热反应，得到NiFe LDH/NF；将NiFe LDH/NF置于硫代乙酰胺溶液中进行二次水热反应得到NiFe LDH-Sx/NF；其中，x＝1至8中的任意数字。但是上述材料的催化活性较低，还需要进一步的提高。

目前，过渡金属层状氢氧化物由于其层状结构的堆叠导致活性位点不能充分暴露，加之固有较差的导电性，限制了其在电催化中的应用。虽然有了不少相应的研究对其进行不断优化，但是利用简单，经济的方式制备高活性过渡金属基层状OER电催化剂仍有待进一步探索。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高活性自支撑OER电催化剂材料及其制备方法与应用。本发明以泡沫镍为基体材料，通过低温水热反应以及后续硫化处理，原位制备高活性的自支撑OER电催化剂，所得OER电催化剂可在极低的过电位下驱动析氧反应的发生。

本发明的技术方案如下：