一种阴离子调控的羟基硫化物电解水催化剂及其制备方法与应用

本发明属于电催化领域，具体涉及一种阴离子调控的羟基硫化物电解水催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、日益严重的环境污染和能源危机引起了全世界的广泛关注。为了取代传统的化石燃料，我们在开发可持续、低碳排放的能源技术方面做出了巨大努力。氢气是下一代能源中最有前途的清洁燃料之一。由可再生能源供电的电催化水分解产生的氢气(h2)具有高纯度和清洁度，被认为是解决世界各地能源危机和环境问题的最有效方法之一。由于阳极上析氧反应(oer)的缓慢动力学。尽管贵金属基(如i r和ru)材料目前是oer电催化剂的基准，但它们的稀有性和较差的稳定性阻碍了它们在实际生产中的大规模应用。为了解决这个问题，越来越多的工作投入到探索非贵金属电催化剂中，如过渡金属(氧)氢氧化物、氧化物、氮化物、磷化物、硫化物、和硒化物，期待发现兼具经济性稳定性的非贵金属催化剂。

2、层状双氢氧化物(ldhs)对oer表现出良好的电催化性能。为了制备用于大规模应用的基于ldh的更有效的oer电催化剂，应该增加它们的电导率和活性位点。其中，金属羟基硫化物具有显著的活性、持久性、环境友好性、经济可行性、可调的组成和易于制备的。将硫阴离子引入金属氢氧化物中，通过适度的阴离子调节调节阳离子和阴离子之间的相互作用，从而增强对羟基硫化物催化剂的电催化性能。

3、在导电基底上直接生长电催化剂，这不仅避免了使用昂贵的导电聚合物粘合剂和制备电极，而且还提高了电子转移速率并稳定了工作电极。以泡沫镍为基底不仅可以解决催化剂生长的依附位点，还可以借助泡沫镍本身的导电性改善催化剂的导电问题。这是因为载体能通过与催化剂发生相互作用来提高活性，或是为催化剂提供更多的接触面积等。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供了一种阴离子调控的羟基硫化物催化剂及其制备方法，其制备方法简单，催化剂成本低，并且在电解水中有很好的催化效果。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面提供一种阴离子调控的羟基硫化物电解水催化剂，该催化剂在碱性电解质中表现出良好的电催化析氧性能，具有过电势低、催化稳定性强的特点。

4、本发明另一方面提供一种上述催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

5、步骤一：首先将一块nf分别置于hcl、乙醇和去离子水中超声清洗以去除表面杂质；

6、步骤二：将步骤一处理后的nf浸入含金属离子前驱体溶液中(fe3+、co2+)中；

7、步骤三：将一定量的过氧化氢滴入步骤二所述的溶液中，控制反应时间，得到feco-ldh；

8、步骤四：将步骤三制备的feco-ldh置于硫源溶液中，控制硫掺杂的时间，得到s-feco-ldh,；

9、本发明的优势在于：

10、1.本催化剂为阴离子调控的羟基硫化物自支撑电极，可有效的进行oer阳极析氧反应，它利用快速蚀刻制备的feco-ldh为前驱体，s掺杂的引入改变了催化剂形貌结构与电子结构，具有优异的电催化剂性能。

11、2.本发明制备过程简单操作且可控，原料成本较低，催化剂性能较好，有在工业上应用的潜力。

技术特征：

1.一种阴离子调控的羟基硫化物电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1步骤1)所述的制备方法，其特征在于，所述hcl的浓度为3～6mol/l，hcl、无水乙醇、去离子水的量为10～30ml。

3.根据权利要求1步骤2)所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐为六水合硝酸铁、六水合硫酸镍或六水合氯化镍、溴化镍；所述钴盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴或四水合乙酸钴；所述铁盐和钴盐物质的量比为2：1～5：1，超声溶解在去离子水中，金属盐质量与水的质量比为1：5～1：15。

4.根据权利要求1步骤2)所述的制备方法，其特征在于，所述过氧化氢的量为5～30mmol，反应时间为5～15min。

5.根据权利要求1步骤2)所述的制备方法，其特征在于，真空干燥温度为60-70oc，干燥时间为8～14h。

6.根据权利要求1步骤3)所述的制备方法，其特征在于，所述硫源为硫脲、硫化钠和硫代乙酰胺，硫盐与水的质量比0.5～1.0：5～15为超声溶解在5～15ml去离子水中。

7.根据权利要求1步骤3)所述的制备方法，其特征在于，室温温度为20～25oc。浸渍时间为1～3h。

8.根据权利要求1步骤3)所述的制备方法，其特征在于，真空干燥温度为60～70oc，干燥时间为8～10h。

9.一种权利要求1所述的电解水催化剂或权利要求2-8任一所述的方法所制备的电解水催化剂的应用，其特征在于，所述催化剂用于电解水反应。

技术总结本申请公开了一种阴离子调控的羟基硫化物电解水催化剂及其制备方法与应用，通过简易湿化学蚀刻的方法制备了近球形的FeCo‑LDH的结构。其具体的制备方法包括以下步骤：首先，将裁剪好的泡沫镍(NF)分别用HCl、无水乙醇、去离子水超声清洗，随后将清洗干净的NF置于金属离子前驱体溶液中(Fe<supgt;3+</supgt;、Co<supgt;2+</supgt;)，滴加一定量的过氧化氢发生反应，制备FeCo‑LDH。通过掺杂S阴离子对催化剂进行结构与电子调控，其具体的制备方法包括以下步骤：将制备好的FeCo‑LDH置于硫源溶液(硫脲)中，室温静置一段时间后，S元素成功的掺入催化剂结构。本发明所述催化剂制备过程简单、能耗低、成本低廉，电化学测试表明得到的催化剂电解水效果较好。技术研发人员：李晓锦,赵忠诚受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/24