本發(fā)明涉及電催化材料，具體涉及一種深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、目前，氫氣作為能量密度最高的能量載體在眾多新能源原料中備受關(guān)注，氫能不僅能量密度高，清潔零污染，而且來源廣泛，在新能源發(fā)展領(lǐng)域具有廣闊前景。制備氫氣最為理想的方式是通過電解水制氫，一方面，原料簡單易得，可大規(guī)模應(yīng)用；另一方面，所制備的氫氣純凈，無需進(jìn)一步脫硫，工藝簡單，制備所得到的氫氣可以直接用于電動(dòng)汽車等應(yīng)用。

3、電解水制氫主要分為兩個(gè)半反應(yīng)，陽極發(fā)生氧析出反應(yīng)(oer)，陰極發(fā)生氫析出反應(yīng)(her)。her和oer分別是二電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)和四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，由于oer具有較大的過電位和緩慢的動(dòng)力學(xué)，被認(rèn)為是電解水制氫的瓶頸。目前，用于高效電解水制氫的催化劑以貴金屬及貴金屬氧化物為主，對(duì)于oer反應(yīng)，主要使用的催化劑是iro2和ruo2等。然而，這一類貴金屬基的催化劑原料稀缺，價(jià)格昂貴，且容易中毒，在實(shí)際應(yīng)用中難以大規(guī)模應(yīng)用。近年來，許多研究者致力于開發(fā)不含貴金屬元素的催化劑，其中過渡金屬化合物具有價(jià)格低廉且性能優(yōu)異的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述問題，本發(fā)明提供了一種自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑，

4、將高熵硫化物負(fù)載于工作電極上，在堿性溶液中，通過循環(huán)伏安掃描法進(jìn)行自重構(gòu)處理后獲得具有納米片陣列結(jié)構(gòu)材料；

5、其中，高熵硫化物包括過渡金屬元素以及硫元素；所述過渡金屬元素以及硫元素的摩爾比為1:2；所述過渡金屬元素選自fe、co、ni、cu、mn、v、zn和cr中的五種。

6、本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供第一方面所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

7、(1)過渡金屬鹽溶液以及有機(jī)硫源溶液混合后，水熱反應(yīng)合成高熵硫化物；

8、(2)將高熵硫化物負(fù)載于工作電極上，在堿性溶液中，通過循環(huán)伏安掃描法進(jìn)行自重構(gòu)處理后獲得具有納米片陣列結(jié)構(gòu)材料，即為自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑。

9、本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種電催化陽極材料，包括導(dǎo)電基底以及第一方面所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑。

10、本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供上述電催化陽極材料的制備方法，包括以下步驟：

11、過渡金屬鹽溶液、有機(jī)硫源溶液混合后，得到混合溶液，將導(dǎo)電基底浸漬于混合溶液中，水熱反應(yīng)合成負(fù)載有高熵硫化物的泡沫鎳復(fù)合材料；

12、以負(fù)載有高熵硫化物的泡沫鎳復(fù)合材料為工作電極，在堿性溶液中，通過循環(huán)伏安掃描法進(jìn)行自重構(gòu)處理后獲得電催化陽極材料。

13、本發(fā)明的第五個(gè)方面，提供第一方面所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑或第三方面所述的電催化陽極材料在電解水產(chǎn)氫氣和氧氣中的應(yīng)用。

14、本發(fā)明的有益效果在于：

15、(1)本發(fā)明涉及電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明提供的深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑實(shí)現(xiàn)了活性位點(diǎn)的有效富集，有效的提高了催化活性。高熵特性使得多種金屬元素協(xié)同作用，優(yōu)化了局部電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移，增加了活性位點(diǎn)數(shù)量，同時(shí)深度自重構(gòu)不僅提高了高熵硫化物的表面積，同時(shí)對(duì)高熵硫化物進(jìn)行活化，形成高價(jià)活性物種，使活性位點(diǎn)原位富集，進(jìn)一步提升了催化活性。

16、(2)本發(fā)明提供的深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑在電位達(dá)到1.8v?vs.rhe時(shí)，電流密度接近600ma?cm-2，表現(xiàn)出較低的過電位和較高的電流密度，顯著提高了電解水制氫的整體效率，為可再生能源的利用和氫能的大規(guī)模制備提供了有力支持。

17、(3)本發(fā)明提供的深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑在電解水陽極oer反應(yīng)中，加入甘油作為電子犧牲劑，顯著提高了電解水制氫的整體效率，添加甘油前后在電流密度為100ma?cm-2時(shí)，兩條lsv曲線對(duì)應(yīng)的電流密度差值達(dá)到了δe＝359mv。

技術(shù)特征：

1.一種自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑，其特征在于，

2.如權(quán)利要求1所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑，其特征在于，

3.權(quán)利要求1或2所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述有機(jī)硫源選自硫代乙酰胺；

5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述堿性溶液為koh溶液或naoh溶液，koh溶液或naoh溶液的濃度為0.8～1.2m，優(yōu)選為1m。

6.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，循環(huán)伏安掃描法的電壓范圍為1.0～1.8v?vs.rhe；

7.一種電催化陽極材料，其特征在于，包括導(dǎo)電基底以及權(quán)利要求1或2所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑；

8.權(quán)利要求7所述的電催化陽極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.權(quán)利要求1或2所述的自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑或權(quán)利要求7所述的電催化陽極材料在電解水產(chǎn)氫氣和氧氣中的應(yīng)用。

10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，在電解水產(chǎn)氫氣和氧氣的過程中，加入甘油作為電子犧牲劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明提供的深度自重構(gòu)的高熵硫化物電催化劑在電位達(dá)到1.8V?vs.RHE時(shí)，電流密度接近600mA?cm<supgt;?2</supgt;，表現(xiàn)出較低的過電位和較高的電流密度，顯著提高了電解水制氫的整體效率，為可再生能源的利用和氫能的大規(guī)模制備提供了有力支持。

技術(shù)研發(fā)人員：別翊軒,王美淇,鄭新琪,匡佳怡,邵佳一
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8