Fe3Ni/Ni/(Ni4.36Fe4.64)S8/C复合纳米纤维催化剂的制备与电解水析氧性能

摘 要：电解水的效率主要受到阳极析氧反应的限制.为了解析氧反应机制，获得高效、耐用与经济的电催化剂材料，采用简单易行的静电纺丝—煅烧法，在氩气体气氛中，经1 000 ℃气氛热处理后制备了富含Ni、Fe、S和C元素的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂.因为NiFe碳纳米纤维与硫化物之间的协同作用，得到的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂在碱性介质中表现出良好的电化学活性.结果表明，所制备的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂表面均匀分布有大量颗粒物，纤维直径约100 nm.电化学性能测试表明，制备的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂在电流密度为30 mA/cm2时，表现出中等过电位359.6 mV.

关键词：纳米纤维；复合材料；静电纺丝；硫化物

中图分类号：TQ116.21;O643.36

文献标志码：A

0 引 言

化石燃料的使用不仅会造成环境污染问题，同时还面临着能源供不应求的困境［1-3］.因此，科研人员把目光聚焦在可持续发展能源上.由于氢能具有零污染、可循环和高能量密度的特点，从而受到了广泛的关注［4-6］.氢气不仅具有高密度的化学能，而且水是唯一的燃烧产物.氢气的这些优良特性使其成为一种理想的清洁能源载体.因为氢不是以氢气的形式自然存在的，而是作为氢的一种成分化合物，主要是水和碳氢化合物.可循环使用无污染的电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法［7］.

研究人员已经积极探索了不同的方法来分解水，例如，电化学［8］、热化学［9］和光催化［10］等.由于电解水制氢具有生产速度快、质量高，以及生产过程中几乎无环境污染等优点，该方法被视为很有前途的制氢方法之一［11-12］.电解水过程包括阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）.OER反应是多电子的转移过程中，随着反应进行在催化剂表面形成3种表面吸附的中间体，OER反应具有较高的电位，以及缓慢的动力学，降低了制氢的效率［13-14］.因此，需要研究出性能稳定、能够降低电位OER的电催化剂来提高制氢效率.

一般来说，提高活性位点的数量对于提高电催化剂的催化性能具有重要意义.为了增加电催化剂的活性位点，可采取将催化剂固定在具有大比表面积的载体上，减小颗粒尺寸，以及界面工程提高催化剂的活性（设计合金、多晶和核—壳结构等）等方法［15］.另外，静电纺丝技术能增强催化剂的导电性和分散性，改善载体与催化剂之间的相互作用，促进氢/氧析出过程，因此，静电纺丝技术常常被用于制备复合纳米纤维电催化剂.静电纺丝制备的碳纳米纤维由于具有高比表面积、分级多孔结构、快速的电子传递和良好的耐腐蚀性，常被用作电催化剂载体.碳纳米纤维是介于普通碳纤维和碳纳米管之间的一维碳材料，在电极材料、传感器、催化剂载体和储氢等领域广泛应用.其直径一般约为10～500 nm，长度约为0.5～100 μm.一维碳纳米纤维具有导电性好、制备成本低，以及较大比表面积等优点，适合作为OER 电催化载体材料［16］.与其他方法相比，静电纺丝技术能简单、快速及连续地制备纳米纤维薄膜，适合规模化生产各种纳米材料.通过调控前驱体溶液和静电纺丝工艺参数，在惰性气体中碳化可以制备出一系列不同形貌和微观结构的碳纳米纤维.静电纺丝装置通常由喷射系统（包括喷射泵、喷丝头和聚合物溶液）、高压电源和接地收集器3个部分组成.在静电纺丝过程中，高压作用于与喷射泵连接的喷丝头上，随着高压功率的逐渐增大，液滴首先开始伸长，逐渐形成泰勒锥形状，当静电力克服液滴的表面张力时，一小股带电液体将从泰勒锥的底部喷射出来.在静电场的作用下，细带电射流加速伸展成细长的纤维，在此过程中，溶剂迅速蒸发，固化的聚合物纳米纤维最终落在收集器上.静电纺丝制备的纳米纤维还具有比表面积高、化学成分可调，纤维直径、孔隙结构和形貌（致密、中空）等更独特的特性.这些特性可以通过控制以下因素获得：1）静电纺丝溶液的组成、黏度、电导率和表面张力等性能;2）喷丝头的工作电压、喷丝头与集电极表面的距离与溶液的流速;3）环境参数，如溶液温度与湿度等;4）对于无机材料，热处理参数，如升温速率和温度对纳米纤维的结构有显著影响［15］.

近年来，铂（Pt）基和铱（Ir）/Ru基电催化剂在电解水中表现出良好催化性能［17-19］，但这些催化剂由于储量少、价格贵与稳定性差导致其无法真正应用到现实生活中.因此，开发高效稳定、低成本的OER电催化剂成为当务之急.目前过渡金属氧化物［20］、氢氧化物［21］、硫化物［22］和硒化物［23］都是科研人员研究的热点.其中，过渡金属硫化物因为其独特的电子性质而备受关注.由于带隙较窄，过渡金属硫化物的导电性通常比金属氧化物更好［24］.但是单独的过渡金属硫化物催化效果并不好，所以需要探索更多方法来增加硫化物催化剂的电化学活性位点从而提高其电化学活性，比如原子掺杂、界面工程和表面装饰等［25-28］.Ren等［29］开发了一种低成本、规模化的化学蚀刻方法，将泡沫镍（NF）转化为高效的HER和OER电催化剂.该合成方法是在铁（Fe）的存在下对NF进行硫化钠（Na2S）诱导的化学腐蚀，从而在NF衬底上生长出超薄的掺杂Fe的二硫化三镍（Ni3S2）阵列（FexNi3-xS2@NF）.实验和理论研究表明，Fe离子的加入显著调节了Ni3S2的形貌和表面电子密度，从而显著提高了电化学活性表面积及电子转移，优化了氢/水吸收自由能.开发的Fe0.9Ni2.1S2@NF在1.0 mol/L氢氧化钾（KOH）中，HER在10 mA/cm2时的过电位仅为72 mV，OER在100 mA/cm2时的过电位为252 mV.Zhong等［11］提出了一种简单的电纺丝后处理方法来构建一种新型的Fe（III）/硫化镍（NiS）电催化剂，并研究了表面重构显著提高OER性能所起的关键作用.由于Ni（Fe） /NiS纳米管在OER过程中具有独特的管状形貌和高效的电化学活性物质，制备的Fe（III）/NiS纳米管催化剂在10 mA/cm2时的过电位为264 mV，优于标准的二氧化钌（RuO2）和许多其他金属硫化物电催化剂.该课题组还采用电纺丝—煅烧—硫化法制备一种表面生长Fe掺杂二硫化镍（NiS2）晶体且包覆NiFe合金的碳纳米纤维.该晶体被用作OER的一种极好电催化剂，得益于NiS2中Fe元素的加入，以及NiFe碳纳米纤维与表面硫化物之间的协同作用.得到的（Ni，Fe）S2/NiFe碳纳米纤维催化剂在碱性介质中表现出良好的电化学活性，在30 mA/cm2的高电流密度下，过电位仅为287 mV，48 h后电流保持率略有下降.这表明该催化剂的OER性能甚至可以与一些贵金属基电催化剂相比.此外，使用（Ni，Fe）S2/NiFe碳纳米纤维和商用Pt/碳（C）作为电极的双电极系统，仅需要1.54 V的电池电压就可以在10 mA/cm2的电流密度下进行整体电解水工作，这甚至比RuO2||Pt/C电解槽要好得多［30］.文献报道将Fe元素加入到镍硫化物中是一种提高OER性能的有效途径，通过多种元素原子的协同作用来提OER的活性［7，29］.Fe的掺入可能会构建氧化亚铁（FeO）键，为电化学反应中间物种提供合适的吸附位点，也有利于OER性能的提高［28］.Fe-Ni异质结构的构型提供了更多活性位点，具有较高的活性比表面积和电子效应，可以提高催化剂的电子转移效率，并增强OER活性［31-32］.

在前人研究的基础上，本研究设计了采用静电纺丝和气氛热处理技术制备含硫化物的FeNi基催化剂的实验研究方案，通过简单可靠的制备方法制备出了Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂，并深入研究了复合催化剂的物理化学属性与电催化OER性能，为高效稳定OER催化剂的制备提供了一种简单方便的方法.

1 材料与方法

1.1 仪 器

DP30型静电纺丝机（天津云帆科技有限公司），KMTF-1100-S-50-220型微型助力管式炉（安徽科幂机械科技有限公司），DHG-9030A型电热烘箱（上海鸿都电子科技有限公司），CS350M型电化学工作站（武汉科斯特仪器股份有限公司），DK-98-Ⅱ型恒温水溶锅（天津市泰斯特仪器有限公司），D25-2F型自动控制搅拌器（杭州仪表电机有限公司），VGT-1990QTD型超声波清洗机（广东固特超声股份有限公司），DX-2700B型X射线衍射仪（XRD）（丹东浩元仪器有限公司），Ultra 55型扫描电子显微镜（SEM）（德国卡尔·蔡司公司），Invia型激光拉曼光谱仪（英国雷尼绍公司）.

1.2 材 料

乙酸镍（分析纯），购自广东光华科技股份有限公司；nafion溶液（5%），购自上海楚兮实业有限公司；聚乙烯醇（PVA）、无水乙醇、硫酸亚铁，均购自成都市科隆化学品有限公司；高纯氩气体（≥99.99%），购自成都旭源化工有限责任公司.

1.3 样品制备

配置质量比为10%的PVA无色透明溶胶，静置24 h后取30 mL备用.然后准确称取定量乙酸镍和硫酸亚铁试剂，放入备好的PVA水溶液中，搅拌溶解后形成浅绿色溶胶，控制Ni/Fe摩尔比为1∶1，Ni+Fe总浓度为0.6 mol/L.然后用注射器吸取纺丝液，固定于进样器槽口，设定纺丝电压25 kV，针尖与接收板距离15 cm，纺丝环境温度 40～50 ℃，控制进料速度为 0.001 mm/s，接通电源进行纺丝.将获得的复合前驱体纤维，经95 ℃烘干12 h后，得到干燥的乙酸镍/硫酸亚铁/PVA复合纤维前驱体.然后，将制备的乙酸镍/硫酸亚铁/PVA 复合纤维前驱体，分别置入石英玻璃坩埚，放置充满高纯氩气体的管式炉中，以 5 ℃/min 的升温速度从室温分别升温至400、600、800和1 000" ℃，并保温40 min，冷却至室温，得到富含Ni/Fe/硫（S）元素的碳基纳米材料，分别标记为S-400、S-600、S-800和S-1000.将热处理后的样品研磨成粉末，称取5 mg的粉末与600 mL去离子水、200 mL乙醇及30 mL nafion溶液加入瓶子里再放入超声机进行30 min的超声.等超声结束后得到混合均匀的油墨，吸取4.6 μL油墨滴在直径为3 mm的玻碳电极上，等烤灯烘干作为工作电极，采用三电极体系，以汞/氧化汞（Hg/HgO）电极当作参比电极，Pt丝电极当作对电极，在1.0 mol/L的KOH 溶液中测试样品材料的电化学性能.

1.4 物理表征

样品的物相与晶体结构采用 XRD进行测试，管电压为40 kV，管电流为30 mA，步进角度为0.06°，采样时间为0.5 s；样品的组织形貌采用SEM进行表征；样品中碳成分的组织特性采用激光拉曼光谱仪进行测试；样品的元素含量采用SEM自身配备的能谱分析仪（EDS）进行测试.

2 结果与分析

2.1 XRD分析

样品S-400、S-600、S-800和S-1000的XRD谱图如图1所示.图1表明，前驱体分别经400、600、800和1 000 ℃热处理后在2θ衍射角25.8°处均出现了明显衍射宽峰，对照于卡片PDF#97-015-7074，这属于（002）平面的石墨层结构，这归因于PVA分解生成碳的石墨化结构［33］.前驱体在400 ℃热处理后，没有出现明显的合金衍射峰.样品S-600的XRD图谱在43.826°、51.054°、75.097°和91.225°处显示出明显的FeNi合金衍射峰与PDF#97-010-3559卡片相对应;在43.937°、51.186°、75.310°和91.507°处显示有Ni的衍射峰与PDF#97-064-6091卡片相对应;在30.057°、35.375°、56.981°和62.680°处显示明显的四氧化三铁（Fe3O4）衍射峰与PDF#97-009-8088卡片相对应.样品S-800的XRD图谱在43.858°、51.071°、75.081°和91.276°处有明显的Fe3Ni衍射峰与PDF#97-010-3556卡片相对应，Fe3O4对应的衍射峰非常不明显，说明此时Ni与Fe已经反应形成了NiFe合金；在43.937°、51.186°、75.310°和91.507°处仍显示有Ni的衍射峰与PDF#97-064-6091卡片相对应.样品S-1000的XRD图谱显示，在43.858°、51.071°、75.081°和91.276°处显示出明显的Fe3Ni合金衍射峰与PDF#97-010-3556卡片相对应；在43.937°、51.186°、75.310°和91.507°处仍显示有Ni的衍射峰与PDF#97-064-6091卡片相对应；在29.217°、30.547°、46.549°和50.957°处还显示了明显的（Ni4.36Fe4.64）S8的衍射峰与PDF#97-015-6577卡片相对应.根据实验方案中的化学配比与XRD结果分析，纤维前驱体通过1 000 ℃热处理后成功制备了硫化物复合的FeNi基复合催化剂材料，其主要成分为C、Fe3Ni、Ni和（Ni4.36Fe4.64）S8.

2.2 SEM和EDS分析

未热处理的前驱体、S-600、S-800和S-1000的形貌表征结果如图2所示.从图2（A）可以看出，未被热处理的前驱体具有直径约为300 nm的光滑纳米纤维.图2（B）展示了经600 ℃热处理后的样品具有直径约为100 nm的纳米纤维，纳米纤维的表面有些粗糙，有部分纳米片及少量颗粒附着，纳米棒间隔明显比之前前驱体时期稀疏.从图2（C）可以看出，经800 ℃热处理后的样品也是形状均匀的纳米纤维，纤维的表面生成了更多的颗粒.从图2（D）可以看出，经1 000 ℃热处理后的纳米纤维表面产生了大量的均匀分布的颗粒，纤维体本身也变得更加疏松，这些颗粒和疏松的结构有利于电子的附着与转移，可以提高催化活性.

图3为经1 000" ℃热处理样品S-1000的EDS图.图3（A）为选择区域的照片，图3B～图3E为S 、C、Fe和Ni元素的分布扫描图，图3（F）为样品主要元素的EDS图.从图3（B）～图3（E）可知，样品S-1000中Ni、Fe、S和C元素均匀分布在样品中.图3（F）显示的谱带和元素表明，样品中主要包括Ni、Fe、S和C元素.样品S-1000中主要元素Ni、Fe、S和C的质量百分比分别为25.94%、24.68%、10.59%和38.79%，Fe和Ni元素的摩尔比0.999 8∶1，与实验设计的比例（Fe∶Ni=1∶1）非常相近.

2.3 拉曼光谱分析

图4是在氩气气氛下不同温度碳化的样品的拉曼谱图，可以看出，3个样品的图谱在 1 200～1 800 cm-1范围内均出现了2个明显的峰，位 于 1 355 cm-1和1 590 cm-1处，分别对应C的D峰和G峰.D 峰通常反映了碳纳米纤维的缺陷数量和结构的无序化，G峰反映的是材料的碳化程度.ID/IG是D峰和G峰的强度比，也有文献用面积比代表，这个比值越大，代表C原子晶体的缺陷越多.从图中还可以看出，随着碳化温度的上升，样品的D峰变得越来越明显，说明提高碳化温度有助于碳纳米纤维表面或内部缺陷的形成［34］.样品S-400、S-600、S-800和S-1000的ID/IG比值依次为0.516、0.972 7、0.965 6和 0.972 4.S-400由于碳化温度低，纳米纤维还未发生分解.样品S-600、S-800和S-1000峰的半高宽和ID/IG值接近的，说明其碳纤维存在的缺陷多.碳纳米纤维存在较多的缺陷结构，可能会暴露更多的活性表面，更有利于提高材料对OER反应的催化活性.

2.4 电化学性能分析

制备的催化剂使用一个典型的三电极系统在1 mol/L的KOH溶液中在电化学工作站上进行OER活动，图5展示了不同温度下制备的催化剂的电化学性能图.图5（A）为不同温度下样品的线性扫描伏安法（LSV）曲线图，从图5（A）可以看出，OER开始前在1.3～1.4 V（vs.Hg/HgO）处出现的峰，一般被认为是Ni（II）/ Ni（III）氧化还原偶联的氧化峰，由此产生的镍氢氧化物（NiOOH）被认为是镍基催化剂析氧的电化学活性位点［35-36］.电流密度在10 mA/cm2时，样品S-400、S-600、S-800和S-1000表现出的过电位分别为398.62、343.59、328.59和152.61 mV，其中，S-1000在较低的过电位（152.61 mV）时就表现出了明显的氧化峰.电流密度在30 mA/cm2时，样品S-400、S-600、S-800和S-1000的OER过电位分别为516.61、414.58、382.58和359.6 mV，其中，S-1000样品OER过电位最小.作为评价电催化活性的重要参数，本研究采用塔菲尔斜率来研究上述催化剂的OER动力学.图5（B）展示了根据塔菲尔方程（η=blog|j|+a，其中b为塔菲尔斜率值）得到的塔菲尔曲线.在电流密度为30 mA/cm2时，样品S-400、S-600、S-800和S-1000的塔菲尔斜率分别为380.23、223.80、150.33和185.70 mA/dec，S-1000较小的塔菲尔斜率说明具有良好的催化活性.图5（C）为电化学阻抗谱，半圆直径越小反映催化剂更快的电荷转移能力和突出的动力学优点.从电化学阻抗谱图中可以清楚地看到，S-1000样品的半圆直径最小，表示电阻最小，说明该催化剂能使反应电荷转移更快，反应动力学更优异.通过公式ECSA=Cdl /Cs研究催化剂的表面活性位点和活性中心（其中，ECSA为电化学活性表面积;Cdl为双电层电容;Cs为催化剂的比电容，在碱性溶液中一般取 0.022～0.130 mF/cm2 ，通常假定为 0.04 mF/cm2）.图5（D）为不同扫描速率下扫速—电流密度拟合线图，通过拟合计算结合图5（D）可以得知，样品S-400、S-600、S-800和S-1000的单位面积双电层电容分别为0.462、1.493 、1.327和 1.075 mF/cm2.S-400、S-600、S-800和S-1000的 ECSA 分别为0.815 4、2.423 3、2.342 1和 1.8973 cm2 .样品S-600的ECSA最大是因为生成了金属氧化物Fe3O4 ，Fe的掺入可能会构建FeO键为电化学反应中间物种提供合适的吸附位点［23］.综合分析表明，经1 000 ℃热处理所得到的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维是一种性能良好的电催化OER催化剂.

3 结 论

静电纺丝技术是一种有效制备纳米纤维的技术手段，通过配方和工艺参数的设计，采用静电纺丝—碳化—硫化工艺，设计制备了直径均匀且表面疏松多孔的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维OER催化剂.复合纳米纤维催化剂的物相成分与组织形态受到热处理温度的严重影响，随着温度的升高，纤维表面生成了大量细小颗粒变得粗糙，而且纤维体也变得逐渐疏松.经1 000 ℃热处理所得到的Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C复合纳米纤维催化剂表现出良好OER性能，在1 mol/L的KOH电解质溶液中，于30 mA/cm2的电流密度下，其过电位为359.6 mV.本研究为高效且低成本的非贵金属OER电催化剂的快速合成开辟了一条新道路，在能源存储和转化领域具有广阔的应用前景.

参考文献：

［1］Chu S，Majumdar A.Opportunities and challenges for a sustainable energy future［J］.Nature，2012，488（7411）：294-303.

［2］Arakawa H，Aresta M，Armor J N，et al.Catalysis research of relevance to carbon management：Progress，challenges，and opportunities［J］.Chem Rev，2001，101（4）：953-996.

［3］Jamesh M I，Prakash A S.Advancement of technology towards developing Na-ion batteries［J］.J Power Sources，2018，378：268-300.

［4］Jain I P.Hydrogen the fuel for 21st century［J］.Int J Hydrogen Energ，2009，34（17）：7368-7378.

［5］Jacobson M Z，Colella W G，Golden D M.Cleaning the air and improving health with hydrogen fuel-cell vehicles［J］.Science，2005，308（5730）：1901-1905.

［6］Eriksson E L V，Gray E M A.Optimization and integration of hybrid renewable energy hydrogen fuel cell energy systems-A critical review［J］.Appl Energ，2017，202：348-364.

［7］Kong X，Peng Z.Low-dimensional materials for alkaline oxygen evolution electrocatalysis［J］.Mater Today Chem，2019，11：119-132.

［8］Yang M Q，Wang J，Wu H，et al.Noble metal-free nanocatalysts with vacancies for electrochemical water splitting［J］.Small，2018，14（15）：1703323-1-1703323-24.

［9］O′keefe D R，Norman J H，Williamson D G.Catalysis research in thermochemical water-splitting processes［J］.Catal Rev，1980，22（3）：325-369.

［10］Ran J，Zhang J，Yu J，et al.Earth-abundant cocatalysts for semiconductor-based photocatalytic water splitting［J］.Chem Soc Rev，2014，43（22）：7787-7812.

［11］Zhong M，Li W，Chen J.Surface reconstruction of Fe （III）/NiS nanotubes for generating high-performance oxygen-evolution catalyst［J］.Sep Purif Technol，2023，310：123164-1-123164-8.

［12］Wang K，Wang X，Li Z，et al.Designing 3d dual transition metal electrocatalysts for oxygen evolution reaction in alkaline electrolyte：Beyond oxides［J］.Nano Energy，2020，77：105162-1-105162-19.

［13］Ma Y，Lu Z A，Li S，et al.In situ growth of amorphous Fe （OH） 3 on nickel nitrate hydroxide nanoarrays for enhanced electrocatalytic oxygen evolution［J］.ACS Appl Mater Inter，2020，12（11）：12668-12676.

［14］Jamesh M L，Prakash A S.Advancement of technology towards developing Na-ion batteries［J］.J Power Sources，2018，378：268-300.

［15］Zhu S，Nie L.Progress in fabrication of one-dimensional catalytic materials by electrospinning technology［J］.J Ind Eng Chem，2021，93：28-56.

［16］潘新颖.静电纺丝法制备碳纳米纤维及其电化学性能研究［D］.西宁：青海大学，2019.

［17］Song W，Li M，Wang C，et al.Electronic modulation and interface engineering of electrospun nanomaterials-based electrocatalysts toward water splitting［J］.Carbon Energy，2021，3（1）：101-128.

［18］Bhuvanendran N，Park C W，Su H，et al.Multifunctional Pt3Rh-Co3O4 alloy nanoparticles with Pt-enriched surface and induced synergistic effect for improved performance in ORR，OER，and HER［J］.Environ Res，2023，229：115950-1-115950-18.

［19］Shaikh J S，Rittiruam M，Saelee T，et al.Ru tailored hydrous cobalt phosphate as a rational approach for high-performance alkaline oxygen evolution reaction［J］.Mater Today Chem，2022，26：101267-1-101267-9.

［20］Zhou X，Xia Z，Tian Z，et al.Ultrathin porous Co3O4 nanoplates as highly efficient oxygen evolution catalysts［J］.J Mater Chem A，2015，3（15）：8107-8114.

［21］Zhan Y，Du G，Yang S，et al.Development of cobalt hydroxide as a bifunctional catalyst for oxygen electrocatalysis in alkaline solution［J］.ACS Appl Mater Inter，2015，7（23）：12930-12936.

［22］Wang J Y，Liu W T，Li X P，et al.Strong hydrophilicity NiS2/Fe7S8 heterojunctions encapsulated in N-doped carbon nanotubes for enhanced oxygen evolution reaction［J］.Chem Commun，2020，56（10）：1489-1492.

［23］Yang Y，Kang Y，Zhao H，et al.An interfacial electron transfer on tetrahedral NiS2/NiSe2 heterocages with dual-phase synergy for efficiently triggering the oxygen evolution reaction［J］.Small，2020，16（1）：1905083-1-1905083-8.

［24］Guo Y，Park T，Yi J W，et al.Nanoarchitectonics for transition-metal-sulfide-based electrocatalysts for water splitting［J］.Adv Mater，2019，31（17）：1807134-1-1807134-11.

［25］Jin Y，Yue X，Du H，et al.One-step growth of nitrogen-decorated iron-nickel sulfide nanosheets for the oxygen evolution reaction［J］.J Mater Chem A，2018，6（14）：5592-5597.

［26］Yin H，Jiang L，Liu P，et al.Remarkably enhanced water splitting activity of nickel foam due to simple immersion in a ferric nitrate solution［J］.Nano Res，2018，11：3959-3971.

［27］Li W，Wang C，Lu X.Integrated transition metal and compounds with carbon nanomaterials for electrochemical water splitting［J］.J Mater Che A，2021，9（7）：3786-3827.

［28］Friebel D，Louie M W，Bajdich M，et al.Identification of highly active Fe sites in （Ni，Fe） OOH for electrocatalytic water splitting［J］.J Am Chem Soc，2015，137（3）：1305-1313.

［29］Ren G，Hao Q，Mao J，et al.Ultrafast fabrication of nickel sulfide film on Ni foam for efficient overall water splitting［J］.Nanoscale，2018，10（36）：17347-17353.

［30］Zhong M，Song N，Li C，et al.Controllable growth of Fe-doped NiS2 on NiFe-carbon nanofibers for boosting oxygen evolution reaction［J］.J Colloid Inter Sci，2022，614：556-565.

［31］Hu C，Hu Y，Fan C，et al.Surface-enhanced Raman spectroscopic evidence of key intermediate species and role of NiFe dual-catalytic center in water oxidation［J］.Angew Chem Int Edit，2021，60（36）：19774-19778.

［32］Li C，Wang G，Li K，et al.FeNi-based coordination crystal directly serving as efficient oxygen evolution reaction catalyst and its density functional theory insight on the active site change mechanism［J］.ACS Appl Mater Inter，2019，11（23）：20778-20787.

［33］Dong J C，Zhang X G，Briega-Martos V，et al.In situ Raman spectroscopic evidence for oxygen reduction reaction intermediates at platinum single-crystal surfaces［J］.Nat Energy，2019，4（1）：60-67.

［34］阿尧林，王耀辉，董金超，等.原位拉曼光谱研究电催化反应过程［J］.广西师范大学学报（自然科学版），2022，40 （5）：183-198.

［35］Menezes P W，Yao S，Beltrán-Suito R，et al.Facile access to an active γ-NiOOH electrocatalyst for durable water oxidation derived from an intermetallic nickel germanide precursor［J］.Angewandte Chemie，2021，133（9）：4690-4697.

［36］Dai L，Chen Z N，Li L，et al.Ultrathin Ni （0） -embedded Ni （OH）2 heterostructured nanosheets with enhanced electrochemical overall water splitting［J］.Adv Mater，2020，32（8）：1906915-1-1906915-8.

（实习编辑：罗 媛）

Preparation and Electrolytic Water Oxygen Evolution Reaction

Performance of Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C

Composite Nanofiber Catalyst

ZHONG Shujie， LING Shuai， LOU Qiongyue， LI Tao

（School of Mechanical Engineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China）

Abstract：

Since the efficiency of water electrolysis is mainly limited by anodic oxygen evolution reaction （OER）.A lot of research has been carried out in this field in order to understand the reaction mechanism to obtain efficient，durable and economical electrocatalyst materials.This article introduces a simple and feasible electrospinning calcination method to prepare Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C composite nanofiber catalyst rich in Ni、Fe、S and C elements by heating treatment in an Ar gas atmosphere at 1 000 ℃.Due to the synergistic effect between NiFe carbon nanofiber and surface sulfides，the obtained Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C composite nanofiber catalyst exhibits good electrochemical activity in alkaline media.The results show that the prepared Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C composite nanofiber catalyst has many particles uniformly distributed on the surface，with a fibre diameter of about 100 nm.Electrochemical OER performance tests show that the prepared Fe3Ni/Ni/（Ni4.36Fe4.64）S8/C composite nanofiber catalyst exhibits a moderate overpotential of 359.6 mV at a current density of 30 mA/cm2.

Key words：

nanofiber;composite materials;electrospinning;sulfides

收稿日期：2023-10-14

基金项目：四川省科技厅科技计划项目（2023YFG0229）；成都大学博士基金项目（2081919131）

作者简介：钟叔洁（2000—），女，硕士研究生，从事纳米功能材料的制备与性能表征研究.E-mail：95723266@qq.com