[发明专利]一种Fex

说明书

本发明提供一种Fe_x‑Co₃S₄纳米片,主要元素为Co、S、O和C，Fe掺杂进入Co₃S₄晶格中，为薄状纳米片颗粒，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点。本发明还公开了所述Fe_x‑Co₃S₄纳米片的制备方法和应用。本发明中制得的Fe_x‑Co₃S₄纳米片具有优异的OER性能，能够高效催化燃料电池中的OER反应。本发明工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及一种Fe_x-Co₃S₄纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

氢被认为是一种很有前途的化石燃料替代能源，可以缓解能源危机和环境污染。研究表明，电解水制氢由于其高效、环保受到了广泛关注。电解水过程包括两个半反应，即阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER），由于OER涉及四电子耦合过程，反应动力学缓慢，成为反应的决速步骤。高效的催化剂可以降低OER能垒，因此，迫切需要开发合适的催化剂来降低过电位，加速水的氧化过程。迄今为止，贵金属催化剂如IrO₂和RuO₂被认为能有效催化OER，但由于其成本高、资源稀缺、长时间稳定性差，限制了其广泛使用。因此寻找一种价格低廉、高效稳定性的电催化剂成为研究人员的热点。

文献研究表明，过渡金属硫族化合物因其丰富的组成、独特的晶格结构、优异的电子传输能力等特性表现出优异的性能。最近报道已经证实了硫化物在OER过程中硫化物可能转化为羟基氧化物，但在转化为羟基氧化物后微量的S仍能提高催化剂的OER性能，因为S原子的电负性小于O原子，引入时能调节催化剂的电子结构，优化中间体的吸附能。然而，开发具有可控缺陷的新型电催化剂以提高其电催化活性和稳定性是一种有效的策略，但是在原子尺度上精确设计这些催化剂仍然非常困难。例如，沈阳工业大学武祥和吉林大学白福全等通过调整掺杂Zn离子的浓度，制备了几种具有空位依赖性的CoZn_xMn_2-xO₄催化剂以提高水分解产氢的效率。Zn离子掺杂可以引起几何结构和电子结构的变化，OER过程中的原位活化加速了活性物质的形成并有利于表面重建，通过形成(Co, Mn)OOH活性物质可以进一步提高催化剂的内在活性。目前，硫化钴在能源储备和能源转化领域展现出潜在的利用价值。但是其催化活性和稳定性性能远远差于商业催化剂，制约了它的实际应用。因此，如何合成具有高活性和稳定性的硫化钴材料仍是其广泛应用的一大挑战。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种Fe_x-Co₃S₄纳米片及其制备方法和应用，具有新型、高效、廉价、稳定的特点。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：一种Fe_x-Co₃S₄纳米片，主要元素为Co、S、O和C，Fe掺杂进入Co₃S₄晶格中，为薄状纳米片颗粒，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点。

本发明还公开一种所述Fe_x-Co₃S₄纳米片的制备方法，以Co-MOF、硫源、六水合硫酸亚铁铵、溶剂为原料，采用水热法制得Fe_x-Co₃S₄纳米片。

优选地，所述水热法包括两次保温反应，一次保温反应的温度为180-220℃，时间为10-30min，二次保温反应的温度为280-320℃，时间为20-40min。

优选地，所述硫源为正十二硫醇。