摘要
随着全球能源形势逐渐向清洁能源的转型，电解水制氢气、燃料电池及金属空气电池等能量转换技术得到重视。氧气析出反应（OER）及氧还原反应（ORR）作为众多能量转换技术的关键步骤，存在动力学缓慢的问题，造成过高的超电势和较低的能量转换效率，大大阻碍了这些新型能源转换技术的发展。而目前IrO2、RuO2、Pt/C等贵金属催化剂虽然经过大量的研究已具有较高的OER/ORR活性，被公认为是最先进的OER/ORR催化剂，然而，贵金属稀缺且昂贵加重了研究成本，不利于大量生产应用，因而开发非贵金属基OER/ORR催化剂成为研究热点。在过渡金属中，Fe掺杂镍基氢氧化物因其具有优异的OER性能被广泛研究。然而目前对于Fe元素调控不足及活性位点暴露不足等问题限制了催化剂的性能，因而设计一种可调控Ni/Fe比例且具较大比表面积的纳米片结构的催化剂对提高镍基催化剂具有重要意义。硫元素的掺杂可调整催化剂的电子结构、提高催化剂的电导率，然而，目前对于S/O比例调控的缺乏及因高温硫化引起的活性位点团聚等问题限制了S掺杂镍基催化剂的活性，因而，常温下合成可优化S/O比例的催化剂是提高S掺杂镍基催化剂的活性的有效策略。本文主要内容： 1.常温下采用硼氢化钠一步还原法制备Fe/Ni不同比例的FeNiOH纳米片催化剂，经优化后得到的Fe1Ni4OH纳米片催化剂具有较大的比表面积和大量的氧空位，在0.1MKOH电解质中，具有较低的OER超电位（247mV@10mA·cm-2），较小的Tafel斜率（87mV·dec-1）和优于IrO2的稳定性。 2.常温下采用阴离子交换法对Fe1Ni4OH纳米片进行原位硫化，通过控制硫化钠的使用量实现S/O阴离子比例调控，成功制备了具有3D纳米片结构的FeNiOS-NS催化剂。得益于FeNi活性位点的充分暴露、高导电性和因优化S/O比例引起的优异的电子结构，在0.1MKOH电解质中，FeNiOS-NS催化剂具有极低的OER超电位（235mV@10mA·cm-2），较小的Tafel斜率（62.4mV·dec-1）和良好的稳定性。 3.对制备的Fe1Ni4OH纳米片催化剂及FeNiOS-NS催化剂进行ORR性能测试比较。在0.1MKOH溶液中，硫化后的FeNiOS-NS催化剂的起始电位为0.79V（vs.RHE），相较于Fe1Ni4OH的0.74V（vs.RHE）提高了50mV；半波电位为0.64V（vs.RHE）相比于Fe1Ni4OH的0.57V（vs.RHE）提高了70mV。
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