本發(fā)明屬于新能源材料及電化學(xué)催化，具體涉及一種高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫能是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染最佳解決方案之一。高能量密度、廣泛可用性和綠色h2o產(chǎn)品使氫氣成為化石燃料有前景的可再生候選者。因此，大規(guī)模的氫氣生產(chǎn)將有助于綠色能源轉(zhuǎn)型。由于工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備要求低、儲(chǔ)量豐富，水/海水電解是大規(guī)模生產(chǎn)綠色氫氣的有效技術(shù)之一。整個(gè)水/海水電解過程由兩個(gè)半反應(yīng)組成，即陰極的析氫反應(yīng)(her)和陽(yáng)極的析氧反應(yīng)(oer)。水/海水電解的效率決定了氫氣的產(chǎn)生，這取決于her/oer電催化劑的活性和穩(wěn)定性。

2、過渡金屬硫化物，特別是鎳鈷硫化物，因其在her/oer上具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、易于制備和豐富的儲(chǔ)量而備受關(guān)注。然而，單相硫化物的活性位點(diǎn)少、固有活性低、耐氯腐蝕性弱已成為其在水/海水電解中廣泛應(yīng)用的瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)(nicofeos/ceo2)電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽、可溶性鈰鹽、硫脲和硫酸銨溶于水中，制得電沉積液；

5、利用所述電沉積液通過電沉積在基底上形成電沉積層，所述電沉積層即為所述高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑。

6、本發(fā)明通過異質(zhì)結(jié)構(gòu)、空位、高熵和相結(jié)構(gòu)相結(jié)合的改性策略，解決過渡金屬硫化物活性位點(diǎn)少、固有活性低、耐氯腐蝕性弱等缺陷。

7、首先，本發(fā)明構(gòu)建的電催化劑中的高熵非晶結(jié)構(gòu)可以增加具有長(zhǎng)程無序但中短程有序結(jié)構(gòu)的不飽和結(jié)構(gòu)的活性位點(diǎn)，是精細(xì)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制和易于控制合成的有前景的策略，便于合理設(shè)計(jì)高效氧硫化物電催化劑，由多個(gè)組分(≥5)組合而成的高熵策略有效地調(diào)節(jié)了d帶中心并促進(jìn)了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。具有更多活性位點(diǎn)的非晶態(tài)過渡金屬氧硫化物基電催化劑表現(xiàn)出比晶態(tài)催化劑更高的活性。

8、其次，由于不同組件之間良好的電子通信，所構(gòu)建電催化劑中的高熵非晶結(jié)構(gòu)和低結(jié)晶異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)同樣是高效電解水雙功能催化劑的極具前景的調(diào)控策略。

9、另外，本發(fā)明提供的電沉積層策略適用于多組分混合金屬的制備，可實(shí)現(xiàn)高性能多組分電催化劑的制備，方法簡(jiǎn)易高效。

10、優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽中鎳、所述可溶性鈷鹽中鈷、所述可溶性鐵鹽中鐵與所述可溶性鈰鹽中鈰的摩爾比為0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1

11、更優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽中鎳、所述可溶性鈷鹽中鈷、所述可溶性鐵鹽中鐵與所述可溶性鈰鹽中鈰的摩爾比為1:1:1:1。

12、優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽和可溶性鈰鹽中金屬源總量與所述硫脲的摩爾比為1:2.8～3.2。

13、更優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽和可溶性鈰鹽中金屬源總量與所述硫脲的摩爾比為1:3。

14、優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽為硫酸鎳；所述可溶性鈷鹽為硫酸鈷；所述可溶性鐵鹽為硫酸亞鐵；所述可溶性鈰鹽為硝酸鈰。

15、硫酸銨在電沉積中的作用是促進(jìn)電沉積過程中的氧化還原反應(yīng)，提高電沉積層的質(zhì)量和穩(wěn)定性，硫酸銨按照常規(guī)使用量添加即可。

16、優(yōu)選地，所述電沉積為間歇電沉積。

17、更優(yōu)選的，所述間歇電沉積的沉積電壓為-1.8v，靜止電壓為0，每個(gè)電壓保持時(shí)間為10s，間歇電沉積總時(shí)間為2400s。

18、優(yōu)選地，所述基底為泡沫鎳(nf)；所述電沉積中工作電極為泡沫鎳，對(duì)電極為碳棒，參比電極為ag/agcl。

19、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種根據(jù)上述制備方法制得的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑。

20、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種上述高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑在電解水中的應(yīng)用。

21、本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

22、本發(fā)明提供了一種高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法。制得的nicofeos/ceo2電催化劑為均勻負(fù)載在基底上的納米球結(jié)構(gòu)。nicofeos/ceo2電催化劑的優(yōu)異催化性能歸因于以下幾個(gè)方面：1)催化劑的制備方法是通過電沉積在基底上一步沉積出來獲得的高熵非晶-低結(jié)晶異質(zhì)結(jié)催化劑，具有簡(jiǎn)單、快速、高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)；2)高熵非晶-低結(jié)晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具備豐富的缺陷和活性位點(diǎn)，在非晶相和低結(jié)晶相之間的活性界面發(fā)生了增強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移，加速了電子通信，從而提高了固有的催化活性；3)3d納米球結(jié)構(gòu)提供了豐富的活性位點(diǎn)，縮短了電子/傳質(zhì)路徑，并顯著加速了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

23、本發(fā)明強(qiáng)調(diào)了非晶/低結(jié)晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，以提高高熵氧硫化物的電解水性能、耐腐蝕性和穩(wěn)定性，并拓寬了設(shè)計(jì)低成本、高性能雙功能電催化劑的選擇。本發(fā)明提供的制備過程簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備和實(shí)驗(yàn)步驟，便于宏量制備。

技術(shù)特征：

1.一種高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述可溶性鎳鹽中鎳、所述可溶性鈷鹽中鈷、所述可溶性鐵鹽中鐵與所述可溶性鈰鹽中鈰的摩爾比為0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1:0.9～1.1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽和可溶性鈰鹽中金屬源總量與所述硫脲的摩爾比為1:2.8～3.2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述可溶性鎳鹽為硫酸鎳；所述可溶性鈷鹽為硫酸鈷；所述可溶性鐵鹽為硫酸亞鐵；所述可溶性鈰鹽為硝酸鈰。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述電沉積為間歇電沉積。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述間歇電沉積的沉積電壓為-1.8v，靜止電壓為0，每個(gè)電壓保持時(shí)間為10s，間歇電沉積總時(shí)間為2400s。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑的制備方法，其特征在于，所述基底為泡沫鎳；所述電沉積中工作電極為泡沫鎳，對(duì)電極為碳棒，參比電極為ag/agcl。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法制得的高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑。

9.權(quán)利要求8所述高熵非晶nicofeos和低結(jié)晶ceo2異質(zhì)結(jié)電催化劑在電解水中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高熵非晶NiCoFeOS和低結(jié)晶CeO<subgt;2</subgt;異質(zhì)結(jié)電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，屬于新能源材料及電化學(xué)催化技術(shù)領(lǐng)域。所述制備方法的步驟包括：將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽、可溶性鈰鹽、硫脲和硫酸銨溶于水中，制得電沉積液；利用所述電沉積液通過電沉積在基底上形成電沉積層，所述電沉積層即為所述高熵非晶NiCoFeOS和低結(jié)晶CeO<subgt;2</subgt;異質(zhì)結(jié)電催化劑。本發(fā)明提供的電催化劑中高熵非晶?低結(jié)晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)中具備豐富的缺陷和高活性位點(diǎn)，從而提高了本征催化活性。在非晶相和低結(jié)晶相之間的活性界面增強(qiáng)的電荷轉(zhuǎn)移，加速了電子通信。3D納米球結(jié)構(gòu)的電催化劑提供了豐富的活性位點(diǎn)，縮短了電子/傳質(zhì)路徑，并顯著加速了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

技術(shù)研發(fā)人員：張晗明,李嘉康,董誠(chéng)誠(chéng),姚敏,孫金峰,左立豪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6