：
1.本发明涉及双功能电解水催化剂技术领域，具体涉及一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂及其制备方法。
背景技术：
2.由于传统化石燃料消耗造成的能源危机以及环境污染使得人们越来越关注绿色能源。其中，电解水产氢是受到诸多关注的一种产生清洁能源的技术。电解水反应在阳极发生析氧反应(oer)，在阴极发生析氢反应(her)，用于产氢和产氧。但是由于氢析出和氧析出反应过程中需要克服过电位，反应动力学缓慢，因此严重阻碍了电解水的效率。为了解决这个问题，人们开发了高性能的催化剂来降低过电位、提高电解水效率。
3.pt、ir/c和ruo2是目前公认的最先进的her和oer性能催化剂，这些贵金属催化剂能够有效应用于her和oer两种反应中，是一种有效的双功能催化剂。但是由于贵金属资源有限，价格高昂，因此严重阻碍了催化剂的商业化使用。因此，现阶段最主要的问题是寻求高性能、低成本以及高耐久性的双功能催化剂。
4.最近，大量的研究已经表明过渡金属(co、fe和ni)等具有优异的催化性能，过渡金属氧化物、氮化物以及硫化物受到了诸多的研究和关注。其中，过渡金属硫化物由于其高的活性以及稳定性受到了诸多的关注。同时相关的研究已经表明通过杂原子掺杂等手段可以对过渡金属硫化物的电子结构进行调整，进而影响催化过程中的oh-和h
的吸附能来提高催化性能。例如：王(10.1002/adfm.201701008)等通过se掺杂提高了cos2的本征活性使催化剂表现出优异的her和oer性能；严(10.1021/acsnano.7b05606)等通过dft计算揭示了通过在cu7s4中进行co掺杂可以加速co与cu位之间的电子转移，从而降低了oer过程中的势垒，提高了本征电催化活性。此外，众多研究已经表明掺fe可以有效提高过渡金属催化剂性能。但是过渡金属催化剂也存在一些问题，比如导电性低和稳定性差等，这些问题可以利用碳材料复合来解决。
5.目前，使用碳材料作为载体制备复合催化剂的研究很多，其中石墨烯是受到众多关注的一种碳材料。石墨烯具有大的比表面积以及优异的导电性，因此能够有效影响催化剂活性。另一方面，石墨烯与其他碳材料相比具有良好的稳定性以及快速的电子转移速度，因此石墨烯被视为理想的碳材料载体。目前石墨烯的合成多是采用hummer法，但是采用激光诱导合成石墨烯的方法方便快捷而且成本很低，此外，采用激光诱导合成过程中温度较高，材料结晶性较好，使得lig具有优异的导电性，因此lig被用作基底材料制备复合催化剂。
6.当今的技术水平制备的石墨烯结晶品质较低，同时导电率需要进一步得到提升，此外生产的石墨烯产量较低，无法大规模生产。同时目前应用于her和oer的双功能复合催化剂性能仍然无法满足商业需求，需要获得进一步的提升，制备催化剂的方法应尽可能简单，原料来源广泛，能够大规模使用。
7.本发明通过激光诱导合成三维多孔石墨烯作为基底材料，然后采用水热法将铁掺
杂的硫化钴负载在lig上，制备的催化剂具有优异的her和oer性能，同时将催化剂分别作为阴极和阳极应用于电解水中也表现出优异的电解水性能。
技术实现要素：
8.本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂及其制备方法，制备的催化剂能够应用于氢气析出和氧气析出，同时应用于全解水，从而提高产氢效率等。
9.本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
10.本发明提供了一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂，包括三维多孔石墨烯基底和负载于所述基底上的fe掺杂二硫化钴纳米颗粒。
11.所述基底为利用激光诱导技术在聚酰亚胺薄膜基底上制备的三维多孔石墨烯。
12.所述三维多孔石墨烯基底的孔径在0.5nm-10μm，电导率在0.01-10000s/m。
13.所述fe掺杂二硫化钴纳米颗粒为球形颗粒，表面有许多褶皱，粒径在1-1000nm。
14.本发明还提供一种上述激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
15.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
16.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，经过诱导得到石墨烯基底材料；
17.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
18.将钴源和硫源溶解在超纯水中，然后加入铁源，充分搅拌后放置于反应釜中进行水热反应，获得fe-cos2；
19.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
20.将激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
21.所述激光的光源为固态激光、半导体激光、光纤激光、气体激光中的一种或多种的组合，波长为100nm-20μm，功率为0.1w-100w，脉冲频率为1-1000khz，激光扫描速度为1-500mm/s。优选地，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s。
22.所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的至少一种。优选地，钴源为硝酸钴。
23.所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫代乙酸钠中的至少一种。优选地，硫源为硫脲。
24.所述铁源为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种。优选地，铁源为氯化铁。
25.所述钴源、硫源、铁源的质量比为(5-20):(10-40):1。优选地，钴源、硫源、铁源的质量比为15:30:1。
26.所述水热反应温度为120-200℃，水热反应时间为10-24h。优选地，水热反应温度为150℃，水热反应时间为24h。
27.所述激光诱导三维多孔石墨烯薄膜的面积为0.01-100cm2，溶液体积为1-50ml。
28.本发明催化剂的表征和优化：
29.1、催化剂组分表征
30.对制备的催化剂进行物理表征，使用xrd、sem和xps等研究了材料的组成、形貌特
征和元素组成等，然后又使用tem进一步观察形貌和分散。
31.2、不同合成条件对催化剂性能的影响
32.在合成的过程中加入不同量的钴源和硫源会产生不同的影响。通过加入不同的量的样品，经过性能优化可以得到当激光诱导三维多孔石墨烯薄膜面积为1cm2时加入150mg硝酸钴和300mg硫脲时性能是最优的，表明在这个量的条件下能够制备优异的催化剂；此外，还改变了硝酸钴和硫脲的比例，不同的比例会生成不同的硫化物进而对催化剂的性能产生影响，通过改变不同的质量比进行性能测试可以发现当质量比为1:2时催化剂性能最优。最后，通过加入不同量的铁化剂来提高催化剂的性能，通过优化可以看到当加入铁的量为10mg时催化剂性能最优。
33.本发明催化剂的her和oer性能测试：
34.对催化剂的her性能进行测试，可以发现fe-cos2/lig具有优异的her性能，相比于单纯的lig和没有铁掺杂的cos2/lig更具有优势；然后对催化剂的双层电容进行测试，计算催化剂的电化学活性表面积。fe-cos2/lig具有更大的活性面积，能够暴露出更多的活性位点。
35.同时通过测试发现fe-cos
2-lig具有优异的oer性能，相比于单纯的lig和没有铁掺杂的cos2/lig更具有优势；然后对催化剂的双层电容进行测试，计算催化剂的电化学活性表面积，得到的fe-cos
2-lig的双层电容更大，说明fe-cos2/lig具有更大的活性面积，能够暴露出更多的活性位点。
36.本发明催化剂的全解水性能测试：
37.为了分析该催化剂电解水的能力，将催化剂分别作为阴极和阳极，在1mkoh溶液中进行测试，可以发现仅需要1.59v就达到了10ma
·
cm-2
的电流，说明该催化剂具有良好的电解水的性能。
38.本发明的有益效果是：
39.1、本发明通过将lig和掺铁二硫化钴复合，利用二者之间的协同作用提高导电性进而提高催化剂的稳定性。
40.2、通过铁的掺杂改变电子结构，从而进一步提高催化效率。
41.3、本发明操作简单，原料易得，在一般化学实验室均能制得，易于推广，便于在多领域中的应用。
附图说明：
42.图1为(a)不同硝酸钴用量的oer的lsv曲线；(b)不同硝酸钴用量的oer在10ma
·
cm-2
下的过电位；(c)不同硝酸钴用量的her的lsv曲线；(d)不同硝酸钴用量的her在10ma
·
cm-2
下的过电位；
43.图2为(a)不同钴硫比下her的lsv曲线；(b)不同钴硫比下her在10ma
·
cm-2
下的过电位；(c)不同钴硫比下oer的lsv曲线；(d)不同钴硫比下oer在10ma cm-2
下的过电位；
44.图3为(a)不同加fe量下her的lsv曲线；(b)不同加fe量下her在10ma
·
cm-2
下的过电位；(c)不同加fe量下oer的lsv曲线；(d)不同加fe量下oer在10ma
·
cm-2
下的过电位；
45.图4为采用制备的催化剂作为阴极和阳极时的全解水性能。
具体实施方式：
46.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
47.实施例1
48.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
49.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
50.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
51.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
52.将硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，硝酸钴、硫脲、氯化铁的质量比为15:30:1，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
53.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
54.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
55.改变步骤b中硝酸钴的加入量，分别是50mg，100mg，150mg，200mg，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图1。
56.由图1可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当加入硝酸钴质量为150mg，催化剂的性能最优，oer过电势为250mv，her的过电势为230mv。这是因为当硝酸钴的加入量较少时，会造成生成的催化活性位点减少，从而无法提供足够的催化活性；而当硝酸钴的加入量过多时，则会破坏石墨烯结构，进而影响催化效率。
57.实施例2
58.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
59.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
60.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
61.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
62.将硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，硝酸钴与氯化铁的质量比为15:1，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
63.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
64.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
65.改变步骤b中硝酸钴与硫脲的质量比，分别是2:1，1:1，1:2，1:4，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图2。
66.由图2可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当硝酸钴与硫脲的质量比为1:2时，催化剂的性能最优，oer过电势为131mv，her的过电势为260mv。这是因为
当加入硫源较少时，会造成硫化不充分，生成的硫化位点少；而当硫源过多时，又会导致生成不同的硫化物，进而影响活性位点生成，从而无法提供足够的催化活性。
67.实施例3
68.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
69.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
70.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
71.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
72.将质量比1:2的硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
73.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
74.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
75.改变步骤b中氯化铁的加入量，分别是1mg，5mg，10mg，20mg，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图3。
76.由图3可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当加入硝酸钴质量为150mg，硫脲质量为300mg，氯化铁的加入量为10mg时，催化剂的性能最优，oer过电势为86mv，her的过电势为122mv。这是因为铁的加入量过少时，对催化剂性能的影响较小；而当铁的加入量过多时，又会生成硫化铁。
77.实施例4
78.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
79.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
80.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
81.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
82.将150mg硝酸钴和300mg硫脲溶解在超纯水中，然后加入10mg氯化铁，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
83.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
84.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
85.对制备得到的fe-cos
2-lig催化剂进行全解水性能测试，结果见图4。
86.在实施例1-3的基础上得到了制备催化剂的最优条件。将通过此条件制备的催化剂分别用作阳极和阴极，在1m koh溶液中进行测试，通过测试可以发现制备的催化剂在全解水应用中，仅仅需要1.59v的电压就能达到10ma cm-2
的电流密度，说明该催化剂表现出优异的全解水性能，能够应用到全解水产氢中去。
87.本发明的制备方法首先制备出高结晶性高导电率的三维孔状石墨烯，然后利用溶剂热的方法合成fe掺杂的二硫化钴颗粒，将颗粒负载在lig上。fe掺杂的二硫化钴颗粒与
lig之间的复合使得两者之间有强的相互作用，两者之间的相互作用能够提高催化性能，此外，fe的掺杂使得oh-大量富集在活性中心附近，能够缩短电子转移距离进而提高催化效率。另一方面，利用激光诱导的方法合成的石墨烯具有高的结晶性，导电率高，因此和fe掺杂的二硫化钴复合后具有高的电子传导率进而提高催化效率。同时将制备的催化剂应用于her和oer中，经过测试该催化剂具有优异的her和oer性能，过电势较小，催化性能优异。同时将该催化剂应用于全解水中，该催化剂具有优异的全解水性能。本发明制备的复合催化剂性能优异，且操作简单、原料易得，可以满足不同应用需求，尤其是在催化领域的应用，因此便于推广。
88.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.本发明涉及双功能电解水催化剂技术领域，具体涉及一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂及其制备方法。
背景技术：
2.由于传统化石燃料消耗造成的能源危机以及环境污染使得人们越来越关注绿色能源。其中，电解水产氢是受到诸多关注的一种产生清洁能源的技术。电解水反应在阳极发生析氧反应(oer)，在阴极发生析氢反应(her)，用于产氢和产氧。但是由于氢析出和氧析出反应过程中需要克服过电位，反应动力学缓慢，因此严重阻碍了电解水的效率。为了解决这个问题，人们开发了高性能的催化剂来降低过电位、提高电解水效率。
3.pt、ir/c和ruo2是目前公认的最先进的her和oer性能催化剂，这些贵金属催化剂能够有效应用于her和oer两种反应中，是一种有效的双功能催化剂。但是由于贵金属资源有限，价格高昂，因此严重阻碍了催化剂的商业化使用。因此，现阶段最主要的问题是寻求高性能、低成本以及高耐久性的双功能催化剂。
4.最近，大量的研究已经表明过渡金属(co、fe和ni)等具有优异的催化性能，过渡金属氧化物、氮化物以及硫化物受到了诸多的研究和关注。其中，过渡金属硫化物由于其高的活性以及稳定性受到了诸多的关注。同时相关的研究已经表明通过杂原子掺杂等手段可以对过渡金属硫化物的电子结构进行调整，进而影响催化过程中的oh-和h
的吸附能来提高催化性能。例如：王(10.1002/adfm.201701008)等通过se掺杂提高了cos2的本征活性使催化剂表现出优异的her和oer性能；严(10.1021/acsnano.7b05606)等通过dft计算揭示了通过在cu7s4中进行co掺杂可以加速co与cu位之间的电子转移，从而降低了oer过程中的势垒，提高了本征电催化活性。此外，众多研究已经表明掺fe可以有效提高过渡金属催化剂性能。但是过渡金属催化剂也存在一些问题，比如导电性低和稳定性差等，这些问题可以利用碳材料复合来解决。
5.目前，使用碳材料作为载体制备复合催化剂的研究很多，其中石墨烯是受到众多关注的一种碳材料。石墨烯具有大的比表面积以及优异的导电性，因此能够有效影响催化剂活性。另一方面，石墨烯与其他碳材料相比具有良好的稳定性以及快速的电子转移速度，因此石墨烯被视为理想的碳材料载体。目前石墨烯的合成多是采用hummer法，但是采用激光诱导合成石墨烯的方法方便快捷而且成本很低，此外，采用激光诱导合成过程中温度较高，材料结晶性较好，使得lig具有优异的导电性，因此lig被用作基底材料制备复合催化剂。
6.当今的技术水平制备的石墨烯结晶品质较低，同时导电率需要进一步得到提升，此外生产的石墨烯产量较低，无法大规模生产。同时目前应用于her和oer的双功能复合催化剂性能仍然无法满足商业需求，需要获得进一步的提升，制备催化剂的方法应尽可能简单，原料来源广泛，能够大规模使用。
7.本发明通过激光诱导合成三维多孔石墨烯作为基底材料，然后采用水热法将铁掺
杂的硫化钴负载在lig上，制备的催化剂具有优异的her和oer性能，同时将催化剂分别作为阴极和阳极应用于电解水中也表现出优异的电解水性能。
技术实现要素：
8.本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂及其制备方法，制备的催化剂能够应用于氢气析出和氧气析出，同时应用于全解水，从而提高产氢效率等。
9.本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
10.本发明提供了一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂，包括三维多孔石墨烯基底和负载于所述基底上的fe掺杂二硫化钴纳米颗粒。
11.所述基底为利用激光诱导技术在聚酰亚胺薄膜基底上制备的三维多孔石墨烯。
12.所述三维多孔石墨烯基底的孔径在0.5nm-10μm，电导率在0.01-10000s/m。
13.所述fe掺杂二硫化钴纳米颗粒为球形颗粒，表面有许多褶皱，粒径在1-1000nm。
14.本发明还提供一种上述激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
15.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
16.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，经过诱导得到石墨烯基底材料；
17.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
18.将钴源和硫源溶解在超纯水中，然后加入铁源，充分搅拌后放置于反应釜中进行水热反应，获得fe-cos2；
19.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
20.将激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
21.所述激光的光源为固态激光、半导体激光、光纤激光、气体激光中的一种或多种的组合，波长为100nm-20μm，功率为0.1w-100w，脉冲频率为1-1000khz，激光扫描速度为1-500mm/s。优选地，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s。
22.所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴中的至少一种。优选地，钴源为硝酸钴。
23.所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫代乙酸钠中的至少一种。优选地，硫源为硫脲。
24.所述铁源为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的至少一种。优选地，铁源为氯化铁。
25.所述钴源、硫源、铁源的质量比为(5-20):(10-40):1。优选地，钴源、硫源、铁源的质量比为15:30:1。
26.所述水热反应温度为120-200℃，水热反应时间为10-24h。优选地，水热反应温度为150℃，水热反应时间为24h。
27.所述激光诱导三维多孔石墨烯薄膜的面积为0.01-100cm2，溶液体积为1-50ml。
28.本发明催化剂的表征和优化：
29.1、催化剂组分表征
30.对制备的催化剂进行物理表征，使用xrd、sem和xps等研究了材料的组成、形貌特
征和元素组成等，然后又使用tem进一步观察形貌和分散。
31.2、不同合成条件对催化剂性能的影响
32.在合成的过程中加入不同量的钴源和硫源会产生不同的影响。通过加入不同的量的样品，经过性能优化可以得到当激光诱导三维多孔石墨烯薄膜面积为1cm2时加入150mg硝酸钴和300mg硫脲时性能是最优的，表明在这个量的条件下能够制备优异的催化剂；此外，还改变了硝酸钴和硫脲的比例，不同的比例会生成不同的硫化物进而对催化剂的性能产生影响，通过改变不同的质量比进行性能测试可以发现当质量比为1:2时催化剂性能最优。最后，通过加入不同量的铁化剂来提高催化剂的性能，通过优化可以看到当加入铁的量为10mg时催化剂性能最优。
33.本发明催化剂的her和oer性能测试：
34.对催化剂的her性能进行测试，可以发现fe-cos2/lig具有优异的her性能，相比于单纯的lig和没有铁掺杂的cos2/lig更具有优势；然后对催化剂的双层电容进行测试，计算催化剂的电化学活性表面积。fe-cos2/lig具有更大的活性面积，能够暴露出更多的活性位点。
35.同时通过测试发现fe-cos
2-lig具有优异的oer性能，相比于单纯的lig和没有铁掺杂的cos2/lig更具有优势；然后对催化剂的双层电容进行测试，计算催化剂的电化学活性表面积，得到的fe-cos
2-lig的双层电容更大，说明fe-cos2/lig具有更大的活性面积，能够暴露出更多的活性位点。
36.本发明催化剂的全解水性能测试：
37.为了分析该催化剂电解水的能力，将催化剂分别作为阴极和阳极，在1mkoh溶液中进行测试，可以发现仅需要1.59v就达到了10ma
·
cm-2
的电流，说明该催化剂具有良好的电解水的性能。
38.本发明的有益效果是：
39.1、本发明通过将lig和掺铁二硫化钴复合，利用二者之间的协同作用提高导电性进而提高催化剂的稳定性。
40.2、通过铁的掺杂改变电子结构，从而进一步提高催化效率。
41.3、本发明操作简单，原料易得，在一般化学实验室均能制得，易于推广，便于在多领域中的应用。
附图说明：
42.图1为(a)不同硝酸钴用量的oer的lsv曲线；(b)不同硝酸钴用量的oer在10ma
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下的过电位；(c)不同硝酸钴用量的her的lsv曲线；(d)不同硝酸钴用量的her在10ma
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下的过电位；
43.图2为(a)不同钴硫比下her的lsv曲线；(b)不同钴硫比下her在10ma
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下的过电位；(c)不同钴硫比下oer的lsv曲线；(d)不同钴硫比下oer在10ma cm-2
下的过电位；
44.图3为(a)不同加fe量下her的lsv曲线；(b)不同加fe量下her在10ma
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cm-2
下的过电位；(c)不同加fe量下oer的lsv曲线；(d)不同加fe量下oer在10ma
·
cm-2
下的过电位；
45.图4为采用制备的催化剂作为阴极和阳极时的全解水性能。
具体实施方式：
46.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
47.实施例1
48.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
49.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
50.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
51.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
52.将硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，硝酸钴、硫脲、氯化铁的质量比为15:30:1，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
53.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
54.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
55.改变步骤b中硝酸钴的加入量，分别是50mg，100mg，150mg，200mg，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图1。
56.由图1可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当加入硝酸钴质量为150mg，催化剂的性能最优，oer过电势为250mv，her的过电势为230mv。这是因为当硝酸钴的加入量较少时，会造成生成的催化活性位点减少，从而无法提供足够的催化活性；而当硝酸钴的加入量过多时，则会破坏石墨烯结构，进而影响催化效率。
57.实施例2
58.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
59.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
60.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
61.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
62.将硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，硝酸钴与氯化铁的质量比为15:1，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
63.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
64.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
65.改变步骤b中硝酸钴与硫脲的质量比，分别是2:1，1:1，1:2，1:4，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图2。
66.由图2可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当硝酸钴与硫脲的质量比为1:2时，催化剂的性能最优，oer过电势为131mv，her的过电势为260mv。这是因为
当加入硫源较少时，会造成硫化不充分，生成的硫化位点少；而当硫源过多时，又会导致生成不同的硫化物，进而影响活性位点生成，从而无法提供足够的催化活性。
67.实施例3
68.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
69.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
70.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
71.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
72.将质量比1:2的硝酸钴和硫脲溶解在超纯水中，然后加入氯化铁，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
73.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
74.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
75.改变步骤b中氯化铁的加入量，分别是1mg，5mg，10mg，20mg，制备得到fe-cos
2-lig催化剂，并测试催化剂的her和oer性能，结果见图3。
76.由图3可以看出，采用面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜，当加入硝酸钴质量为150mg，硫脲质量为300mg，氯化铁的加入量为10mg时，催化剂的性能最优，oer过电势为86mv，her的过电势为122mv。这是因为铁的加入量过少时，对催化剂性能的影响较小；而当铁的加入量过多时，又会生成硫化铁。
77.实施例4
78.一种激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：
79.a、激光诱导三维多孔石墨烯基底的制备：
80.将商用pi膜用去离子水和无水乙醇清洗后置于激光下，激光为co2红外激光，波长为10.6μm，功率为5w，脉冲频率为20khz，激光扫描速度为300mm/s，经过诱导得到石墨烯基底材料。
81.b、fe掺杂二硫化钴颗粒的制备：
82.将150mg硝酸钴和300mg硫脲溶解在超纯水中，然后加入10mg氯化铁，搅拌30min后放置于反应釜中进行水热反应，反应温度为150℃，反应时间为24h，获得fe-cos2。
83.c、激光诱导石墨烯负载铁掺杂二硫化钴催化剂的制备：
84.将面积1cm2的激光诱导三维多孔石墨烯薄膜放置于50ml含有铁源、钴源和硫源的溶液中进行水热反应，获得fe-cos
2-lig。
85.对制备得到的fe-cos
2-lig催化剂进行全解水性能测试，结果见图4。
86.在实施例1-3的基础上得到了制备催化剂的最优条件。将通过此条件制备的催化剂分别用作阳极和阴极，在1m koh溶液中进行测试，通过测试可以发现制备的催化剂在全解水应用中，仅仅需要1.59v的电压就能达到10ma cm-2
的电流密度，说明该催化剂表现出优异的全解水性能，能够应用到全解水产氢中去。
87.本发明的制备方法首先制备出高结晶性高导电率的三维孔状石墨烯，然后利用溶剂热的方法合成fe掺杂的二硫化钴颗粒，将颗粒负载在lig上。fe掺杂的二硫化钴颗粒与
lig之间的复合使得两者之间有强的相互作用，两者之间的相互作用能够提高催化性能，此外，fe的掺杂使得oh-大量富集在活性中心附近，能够缩短电子转移距离进而提高催化效率。另一方面，利用激光诱导的方法合成的石墨烯具有高的结晶性，导电率高，因此和fe掺杂的二硫化钴复合后具有高的电子传导率进而提高催化效率。同时将制备的催化剂应用于her和oer中，经过测试该催化剂具有优异的her和oer性能，过电势较小，催化性能优异。同时将该催化剂应用于全解水中，该催化剂具有优异的全解水性能。本发明制备的复合催化剂性能优异，且操作简单、原料易得，可以满足不同应用需求，尤其是在催化领域的应用，因此便于推广。
88.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
再多了解一些
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