[发明专利]一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂及其制备方法，属于电催化领域，所述制备方法以镍铁普鲁士蓝类似物作为前驱体，通过溶剂热法硫化后获得镍黄铁矿，再置于有磷源的管式炉内煅烧，得到磷掺杂镍黄铁矿电催化剂。本发明提供的方法相比于高温固相法具有易于操作、所需时间更短等优点，采用本发明提出的磷掺杂镍黄铁矿催化剂制备方法制得的磷掺杂镍黄铁矿电催化剂与Fe₅Ni₄S₈相比，磷掺杂有效提高了OER活性，且磷掺杂镍黄铁矿催化剂具有低过电位与高电流密度，且采用本发明方法制备的材料为非贵金属，生产成本更低，稳定性高，在析氧反应中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂及其制备方法。

背景技术

为了满足近期全球日益增长的能源需求，迫切需要探索清洁和可持续的可再生能源来替代不可再生的化石燃料。氢气是一种有潜力的优质清洁新能源，可以通过电催化水分解产生，这一反应是由阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)两个半反应组成。OER涉及复杂的四电子转移过程(4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-)，动力学缓慢，需要消耗更大的热力学电位。因此，电催化水分解通常受到OER过程的限制。在这种情况下，探索一种新型、储量丰富、高效和高活性的电催化剂来加速OER过程的缓慢动力学是有意义的。迄今为止，贵金属钌基和铱基氧化物被认为是OER过程的最佳电催化剂。然而，由于成本高、储量低、稳定性差，限制了其广泛的商业应用。

目前，一系列基于过渡金属的非贵金属催化材料因其高活性、良好的稳定性和低成本而备受关注。由于高导电性，镍黄铁矿((Fe,Ni)₉S₈)材料在催化领域引起了极大的关注，因其独特的Ni-Fe双金属活性中心，四面体和八面体间隙带来的稳定性，而成为高效非贵金属电催化剂的候选材料(Nature Communications,2016,12269)。此外，由铁粉、镍粉、硫粉作为原料进行高温固相合成需要的条件苛刻，分步合成法得到了研究(Journal ofMaterials ChemistryA,2019,7,12350-12357)，这种方法是以镍铁普鲁士蓝类似物作为前驱体，通过溶剂热法进行硫化，之后进行退火，最终获得(Fe,Ni)₉S₈。硫化物催化剂的磷化后处理最近被证明能够提高本征催化活性和电导率，因为活性位点数量的增加或由于母体硫化物的原子结构扭曲而产生的新引入的活性位点(Advanced Functional Materials,2022,2206138)。近年来，已经报道了具有高催化性能的铁镍过渡金属硫化物和磷化物。因此，开发磷掺杂镍黄铁矿有利于显着提高电催化性能，具有重要的水电解应用价值，而目前还未见报道。

因此现有技术中需要一种新的技术方案解决这一问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂及其制备方法，以镍铁普鲁士蓝类似物作为前驱体，通过溶剂热法硫化后获得Fe₅Ni₄S₈，再置于有磷源的管式炉内煅烧，得到磷掺杂镍黄铁矿电催化剂。该方法具有易于操作、所需时间短等优点。采用本发明提出的磷掺杂镍黄铁矿催化剂制备方法制得的磷掺杂镍黄铁矿电催化剂与Fe₅Ni₄S₈相比，磷掺杂有效提高了OER活性，且磷掺杂镍黄铁矿催化剂具有低过电位与高电流密度。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤，且以下步骤顺序进行：

(1)分别制备溶液A和溶液B；

将氯化镍和柠檬酸三钠溶解于去离子水中，得到溶液A；将铁氰化钾溶解于去离子水中，得到溶液B；