本發(fā)明涉及電解制氫，具體地說，涉及納米自支撐鎳鐵硫材料及其在電解水領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、化石燃料，即煤、石油和天然氣等不可再生資源，一直是造成全球氣候變化的主要因素。其日益加劇的全球能源危機(jī)和環(huán)境污染促使人們對(duì)可再生能源轉(zhuǎn)換的發(fā)展給予了極大的關(guān)注。在追求低碳、高效的可再生能源中，氫作為一種高能量、低碳排放的能源載體，在成為傳統(tǒng)化石燃料的替代品中擁有巨大潛力。其中在各種制氫技術(shù)中，電解水因其生產(chǎn)過程中溫室氣體排放最少、操作靈活、產(chǎn)品純度高而備受關(guān)注。到目前為止，在堿性介質(zhì)中的水電解技術(shù)已經(jīng)顯著用于工業(yè)制氫。該技術(shù)商業(yè)化程度較高，與可再生能源相結(jié)合的應(yīng)用前景廣闊。

2、然而，與雙電子轉(zhuǎn)移析氫反應(yīng)(her)相比，四電子轉(zhuǎn)移析氧反應(yīng)(oer)的緩慢動(dòng)力學(xué)極大地阻礙了電化學(xué)過程，進(jìn)一步降低了電化學(xué)性能。其高過電位阻礙電解制氫在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。因此，選擇能夠降低反應(yīng)能壘的高效電催化劑至關(guān)重要。iro2和ruo2是公認(rèn)的oer電催化劑。但其作為貴金屬，儲(chǔ)量有限，成本高，制約了其發(fā)展。并且在高電流密度下，有限的活性位點(diǎn)、低的電子導(dǎo)電性和較差的耐久性也阻礙了oer性能的大規(guī)模應(yīng)用。在過去的幾十年里，研究人員把目光看向了地球上豐富的過渡金屬基催化劑，他們發(fā)現(xiàn)后一排過渡金屬(mn,fe,co,ni)的氧化物和氫氧化物表現(xiàn)出良好的性能，因此大量低成本且具有相當(dāng)活性的過渡金屬基材料被開發(fā)出來，如基于ni、fe基氧化物或氫氧化物的催化劑。并且還發(fā)現(xiàn)同時(shí)含有ni和fe的氫氧化物在堿性條件下顯示出卓越的低過電位。此外，它們可以作為前驅(qū)體，衍生出其他的氧化物、氮化物、硫化物和磷化物等其他化合物，其高效的協(xié)同作用和可擴(kuò)展性從而使ni，fe基合金催化劑脫穎而出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、<本發(fā)明解決的技術(shù)問題>

2、用以解決現(xiàn)有技術(shù)中oer催化劑存在的性能底下，成本高昂，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、性能下降的問題。

3、<本發(fā)明采用的技術(shù)方案>

4、針對(duì)上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供納米自支撐鎳鐵硫材料及其在電解水領(lǐng)域的應(yīng)用。

5、具體內(nèi)容如下：

6、第一，本發(fā)明提供了一種納米自支撐鎳鐵硫材料，

7、納米自支撐鎳鐵硫材料是以硫氰酸鉀和硝酸鐵藥品為反應(yīng)藥品，將商業(yè)泡沫鎳基底和反應(yīng)藥品在常溫下混合，其自主反應(yīng)后，冷卻至室溫清洗處理得到。

8、第二，本發(fā)明提供了一種由前述提及的納米自支撐鎳鐵硫材料在電解制氫的應(yīng)用。

9、<本發(fā)明達(dá)到的有益效果>

10、本發(fā)明的納米自支撐鎳鐵硫材料是在泡沫鎳基底參與硫氰酸鉀和硝酸鐵反應(yīng)時(shí)，將fe、s元素注入泡沫鎳基底，使材料生長(zhǎng)出自支撐納米球結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的粉末催化劑相比，自支撐催化電極有許多優(yōu)點(diǎn)，包括豐富的催化位點(diǎn)、增強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移能力，以及在高電流下的優(yōu)異耐久性。其納米球的形貌擁有最高的表面積，可以暴露出更多的活性位點(diǎn)。fe元素的引入能夠調(diào)控催化劑表面ni的配位環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)ni自重構(gòu)為niooh，而niooh正是oer活性的關(guān)鍵提供者。其中s元素還可以促進(jìn)fe元素對(duì)ni的誘導(dǎo)過程中的速度和效率，調(diào)節(jié)催化過程中反應(yīng)中間體的吸附強(qiáng)度從而提高oer活性和長(zhǎng)期耐久性。

11、目前，對(duì)于市面上廣泛的電極材料制備技術(shù)，都離不開額外的能源供應(yīng)，如各類高溫，高壓，長(zhǎng)時(shí)間等手段。這些方法不僅會(huì)浪費(fèi)許多能源，還會(huì)因?yàn)槭褂酶黝惥芊磻?yīng)設(shè)備從而提高反應(yīng)成本。所合成的催化劑往往產(chǎn)量低，難以實(shí)現(xiàn)活性與經(jīng)濟(jì)成本之間的平衡，更不用說工業(yè)化應(yīng)用。而本發(fā)明的納米自支撐鎳鐵硫材料，只需在室溫下便可發(fā)生反應(yīng)制備，并且所用時(shí)間短(幾分鐘)，對(duì)工業(yè)化應(yīng)用極具吸引力。

12、在最佳合成條件下獲得的納米自支撐鎳鐵硫材料(標(biāo)記為nf-kfe)擁有大量的電活性位點(diǎn)，優(yōu)異的導(dǎo)電性，強(qiáng)大的界面結(jié)合力，最終提供了顯著的oer性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。nf-kfe在1mol?koh電解液條件下，10ma?cm-2電流密度的過電勢(shì)僅為177.1mv，遠(yuǎn)低于商業(yè)iro的過電勢(shì)(320mv)。在100ma?cm-2大電流密度下的過電勢(shì)為380.4mv。在其恒電流極化條件下，nf-kfe穩(wěn)定維持1a電流超400小時(shí)。這些都表明nf-kfe擁有優(yōu)越的oer性能。

技術(shù)特征：

1.納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，反應(yīng)藥品中，硫氰酸鉀與硝酸鐵的最佳摩爾比為1mmol:1mmol，質(zhì)量比為0.098g:0.404g。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，室溫下直接進(jìn)行反應(yīng)，不需要額外加熱、加壓等反應(yīng)條件。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，待到混合藥品反應(yīng)完全(反應(yīng)溫度降至室溫)，便可取出清洗得到材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，使用的泡沫鎳基底的尺寸為：長(zhǎng)1.5cm×寬1cm×厚0.15cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米自支撐鎳鐵硫材料，其特征在于，自支撐納米球結(jié)構(gòu)均勻的生長(zhǎng)在材料表面，納米球直徑約為20nm～100nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的納米自支撐鎳鐵硫材料在電解制氫的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電解制氫技術(shù)領(lǐng)域，公開了納米自支撐鎳鐵硫材料及其在電解水領(lǐng)域的應(yīng)用，納米自支撐鎳鐵硫材料是在常溫條件下可以直接反應(yīng)生成的材料，其表面原位生長(zhǎng)有自支撐納米球結(jié)構(gòu)；納米自支撐鎳鐵硫材料是以商業(yè)泡沫鎳材料為基底，將泡沫鎳基底直接置于硫氰酸鉀和硝酸鐵藥品的混合物中，硫氰酸鉀和硝酸鐵會(huì)自主發(fā)生劇烈反應(yīng)而放熱為材料合成提供反應(yīng)環(huán)境。本發(fā)明快速的將廉價(jià)商業(yè)泡沫鎳基底增值轉(zhuǎn)化成高活性、高穩(wěn)定的析氧催化劑?？缮煞€(wěn)定的自支撐結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有OER電催化劑制作繁瑣、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易脫落、性能下降等問題。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧杰,簡(jiǎn)瑞,汪潔,繆陳熙,馮俊杰,裘添?xiàng)?王盼,李露明,康輝,張御峰,王治鈔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10