CN108396329B - 一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 - Google Patents
一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108396329B CN108396329B CN201810191412.6A CN201810191412A CN108396329B CN 108396329 B CN108396329 B CN 108396329B CN 201810191412 A CN201810191412 A CN 201810191412A CN 108396329 B CN108396329 B CN 108396329B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron
- nickel
- doped
- phase
- nano array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 89
- WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenenickel Chemical compound [Ni]=S WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 21
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 14
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 13
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 9
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 8
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 4
- VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N hexamethylenetetramine Chemical compound C1N(C2)CN3CN1CN2C3 VKYKSIONXSXAKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000411 inducer Substances 0.000 claims description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical group [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 3
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 claims description 3
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical group [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea group Chemical group NC(=O)N XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000010299 hexamethylene tetramine Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004312 hexamethylene tetramine Substances 0.000 claims description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 230000018199 S phase Effects 0.000 claims 1
- QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N carbon disulfide-14c Chemical compound S=[14C]=S QGJOPFRUJISHPQ-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims 1
- 229960004011 methenamine Drugs 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 39
- QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N Carbon disulfide Chemical compound S=C=S QGJOPFRUJISHPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 10
- GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A dialuminum;hexamagnesium;carbonate;hexadecahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A 0.000 description 9
- 229960001545 hydrotalcite Drugs 0.000 description 9
- 229910001701 hydrotalcite Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 6
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 4
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- FRWHRIRADSHXLL-UHFFFAOYSA-N iron(3+);nickel(2+);tetrasulfide Chemical compound [S-2].[S-2].[S-2].[S-2].[Fe+3].[Ni+2].[Ni+2].[Ni+2].[Ni+2] FRWHRIRADSHXLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- AHIBWURJLGCHAY-UHFFFAOYSA-N [S].C1=CC=CC=C1 Chemical compound [S].C1=CC=CC=C1 AHIBWURJLGCHAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M chlorosilver;silver Chemical compound [Ag].[Ag]Cl GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N iron(2+);dinitrate Chemical compound [Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MVFCKEFYUDZOCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- NKHCNALJONDGSY-UHFFFAOYSA-N nickel disulfide Chemical compound [Ni+2].[S-][S-] NKHCNALJONDGSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，包括导电基底材料和生长于导电基底材料上的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料。本发明还公开了所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的制备方法和其用于电解水析氧的阳极材料的用途。
Description
技术领域
本发明属于无机先进纳米材料技术领域，具体涉及一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途。
背景技术
随着化石燃料的日渐枯竭，以及环境污染的日益加剧，可持续发展面临着巨大的挑战，所以开发新型清洁能源已经成为当务之急。太阳能，风能，生物能，氢能等都是大自然中蕴含的可替代化石资源的潜在能源动力，氢能作为一种新能源，由于其存储能能量密度高，清洁无污染，受到广泛关注。然而对于氢能源的开发却面临着巨大的挑战，目前在众多的生产工艺中，从水中电解制氢工艺较为简单，技术比较成熟。然而，电极是电解制氢的核心材料，决定着整个电化学反应的效率。从本质上看，电化学反应是发生在电极表面的电子得失的反应，这就要求电极材料必须具有优异的导电性、合适的表面电子结构与结构的整体性。高的导电性能够保证电子的快速传输，而合适的电子结构则能够保证反应物、中间产物、产物能够在电极材料表面高效吸脱附与快速电子得失，结构的整体性保证了电极的使用稳定性；三者协同保证了电化学反应高效、稳定地进行。如何获得这样兼具高活性、整体性、高稳定性等特性的电极是科学家们面临的挑战。
具有阴离子插层的层状双金属氢氧化物，又称水滑石，其在电解水行业有着广泛的应用，但是作为氢氧化物本身导电性低，其在电解水析氧的过程仍然需要大于200毫伏的过电位，这样就降低了能量的使用效率。近几年，科研工作者在提高水滑石的电化学性能方面做了很多努力，例如水滑石与石墨烯复合，在二元水滑石中引入第三种甚至第四种金属元素形成多元水滑石，将水滑石转化为氧化物或者氧化物与金属的复合物，以及在水滑石上负载贵金属等等，这样可以进一步的提高电化学性能。本专利从液相硫化的角度出发，对镍铁层状氢氧化物纳米阵列进行硫化，制备出超高活性的电解水析氧的电极材料。
发明内容
本发明采用简单的两步合成法，制备出铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，其用作电极材料时表现出优越的性能。
本发明第一方面公开了一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，包括导电基底材料和生长于导电基底材料上的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料。所述阵列就是结构相似的单元有条理地排列。
优选地，所述泡沫导电基底材料为金属泡沫导电基底材料，所述金属泡沫导电基底材料为泡沫镍、泡沫铁或泡沫镍铁。所述泡沫导电基底是指具有多孔结构的导电基底，该基底在材质上为金属，可以称为泡沫金属。其中金属可以选自任何适合的金属，例如当金属为镍时，则称为泡沫镍，当金属为镍铁时，则称为泡沫镍铁。关于泡沫金属的更多详细介绍和制备方法，可以参见现有的专利技术文献。这样的泡沫金属也是可以商购得到的或可以按照相关文献内容自制。
优选地，所述两相为(Fe,Ni)S和(Fe,Ni)3S2。
优选地，所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料为表面粗糙的片状；优选地，其尺度可以为：厚度为4-15纳米，长度为100-800纳米，宽度为100-800纳米。
本发明第二方面公开了所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将导电基底材料放入含镍源、铁源以及共沉淀诱导剂的水溶液中，升温并在自生压力下进行第一溶剂热反应，然后将导电基底材料取出，洗涤干燥即得到镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料；
(2)步骤(1)得到镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料加入到硫的有机溶液中，升温并在自生压力下进行第二溶剂热反应，然后将导电基底材料取出，洗涤干燥即得所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料。
优选地，步骤(1)所述导电基底材料为泡沫镍、泡沫铁或泡沫镍铁；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍，浓度为0.01-0.3摩尔/升；所述铁源为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁，浓度为0.01-0.3摩尔/升；所述共沉淀诱导剂为尿素、六次甲基四胺，浓度为0.1-3摩尔/升；所述第一溶剂热反应的条件是：温度为60-140℃，反应时间为8-36小时。
优选地，步骤(2)所述硫的有机溶液为硫的苯、甲苯或二硫化碳溶液，硫的有机溶液浓度为0.3-5摩尔/升。
优选地，步骤(2)所述的第二溶剂热反应的条件是：温度为100-180℃，反应时间为6-48小时。
本发明第三方面公开了所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料用于电极材料的用途。
优选地，所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料用于电解水析氧的阳极材料的用途。
本发明的有益效果：
(1)本发明的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料结构均一、排列有序，其为整体式材料，结构新颖。材料中作为活性物质的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料与金属泡沫导电基底材料直接紧密相连，制作时无需添加粘合剂，具有很好的导电性质；这样的结构避免了一般粉体材料与导电基底材料接触不良、电子传输效果差、比表面积小以及界面气体产物粘附的问题。因此用于电解水析氧的阳极材料稳定性优异，有望取代贵金属材料在电极材料中的应用。
(2)本发明的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，具有在导电基底表面阵列化的纳米结构，提高了材料的比表面积；同时铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料为表面粗糙的纳米片状结构，可以暴露更多的活性位点用于电化学反应，提高了电化学反应效率。
(3)本发明的制备方法为在简单的溶剂热反应条件下合成，方法简便，成本低廉，重复性好，对环境友好。本发明所述的制备方法独特巧妙，为合成高活性的电极材料提供了新思路。
附图说明
图1为镍铁层状氢氧化物纳米阵列示意图；
图2为铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列示意图；
图3为实施例1的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料的扫描电镜照片图(SEM)；
图4为实施例1的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料的透射电镜照片图(TEM)；
图5为本发明实施例1的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜照片图(SEM)；
图6为本发明实施例1的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的透射电镜照片图(TEM)；
图7为本发明实施例1的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的高分辨透射电镜照片图；
图8为本发明实施例2的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜照片图(SEM)；
图9为本发明实施例3的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜照片图(SEM)；
图10为本发明实施例4的基底材料为泡沫镍铁的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜照片图(SEM)；
图11为本发明实施例1的镍铁层状氢氧化物纳米阵列(A)和铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料(B)的X射线衍射图(XRD)；
图12为实施例1的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料(A)、镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料(B)以及商业二氧化钌(C)在1mol/L KOH的溶液中的极化曲线图；
具体实施方式
通过以下实施例来进一步说明本发明。实施例仅仅是示例性的，而非限制性的。
实施例1
(1)第一反应釜中为含有0.2摩尔/升的硝酸镍、0.1摩尔/升的硝酸铁、1.5摩尔/升的尿素的水溶液。将酸处理的泡沫镍基底材料放入第一反应釜中，然后密闭该反应釜，升温至100℃并在自生压力下保持12小时进行第一次溶剂热反应。反应结束后在垂直泡沫镍基底表面上生长有镍铁层状氢氧化物纳米阵列。取出该镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料，洗涤并干燥。
(2)将步骤(1)得到的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料放入第二反应釜中，该第二反应釜中含有0.625摩尔/升的硫的二硫化碳溶液。密封该反应釜，升温至120℃并在自生压力下保持24小时进行第二次溶剂热反应，使每一所述镍铁层状氢氧化物纳米硫化成两相硫化镍铁纳米片。该第二溶剂热反应结束后，将该第二反应釜冷却至室温后打开；取出该硫化后的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料，洗涤并干燥后，即得到所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料。
所得到的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料的扫描电镜及透射电镜图参见附图3和图4，其XRD谱图参见附图11。从图3和图4可以看出镍铁层状氢氧化物纳米阵列垂直生长在泡沫镍基底表面，其表面很光滑，并且十分均匀。
得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜及透射电镜图参见附图5和图6，其XRD谱图参见附图11。从图5和图6可以看出铁掺杂的两相硫化镍纳米片阵列垂直生长在基底表面，其表面为粗糙的纳米结构。
从图11的XRD谱图可以看出，在泡沫镍基底上生长的镍铁层状氢氧化物纳米阵列出现了水滑石的特征峰(图11的A)；而经过硫化反应以后(即变成铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料)，水滑石的特征峰消失，但出现了硫化镍和二硫化三镍的特征峰(图11的B)。
得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的高分辨透射电镜照片如图7所示。从图7可以看出铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列片的晶格图像，其中纳米片有两种硫化物的晶格间距，分别为0.29nm对应着(Ni,Fe)3S2的110晶面，0.27nm对应着(Ni,Fe)S的300晶面。
实施例2
参见实施例1中方法，将单质硫在二硫化碳中的浓度改为0.5摩尔/升，第二溶剂热反应条件改为：温度为140℃，反应时间为24小时。
所得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜参见附图8。
实施例3
参见实施例1中方法，将单质硫在二硫化碳中的浓度改为0.625摩尔/升，第二溶剂热反应条件改为：温度为160℃，反应时间为8小时。
所得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜参见附图9。
实施例4
参见实施例1中方法，将泡沫镍基底换成泡沫镍铁基底。
所得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的扫描电镜参见附图10。
实施例5
用三电极体系测试本发明的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的电解水析氧性能：参比电极为银氯化银电极，对电极为碳电极，工作电极为实施例1所得到的镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料或者铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、或者商用二氧化钌，在1.0M的氢氧化钾溶液中进行测试，得到的极化曲线如图12所示。从图12可以看出实施例1所得到的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料具有较好的电解水析氧性能(图12的曲线A)，优于镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料(图12的曲线B)，在10毫安每平方厘米的电流密度下过电位减小了135毫伏；且其电解水析氧性能远远优于商业二氧化钌(图12的曲线C)。
上述实施例充分证明了镍铁层状氢氧化物纳米阵列可以在硫的有机溶液体系中进行硫化转化为硫化镍铁纳米片，即铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料。该铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料表面具有粗糙的纳米结构，具有优异的电化学反应性能。
Claims (8)
1.一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，其特征在于，包括导电基底材料和垂直生长于导电基底材料上的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料，所述两相为(Fe,Ni)S相和(Fe,Ni)3S2相,所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列结构材料为表面粗糙的片状。
2.根据权利要求1所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料，其特征在于，所述导电基底材料为金属泡沫导电基底材料，所述金属泡沫导电基底材料为泡沫镍、泡沫铁或泡沫镍铁。
3.一种根据权利要求1-2任一所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将导电基底材料放入含镍源、铁源以及共沉淀诱导剂的水溶液中，升温并在自生压力下进行第一溶剂热反应，然后将导电基底材料取出，洗涤干燥即得到镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料；
(2)将步骤(1)得到镍铁层状氢氧化物纳米阵列材料加入到硫的有机溶液中，升温并在自生压力下进行第二溶剂热反应，然后将导电基底材料取出，洗涤干燥后即得所述的铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述导电基底材料为泡沫镍、泡沫铁或泡沫镍铁；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍，浓度为0.01-0.3摩尔/升；所述铁源为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁，浓度为0.01-0.3摩尔/升；所述共沉淀诱导剂为尿素或六次甲基四胺，浓度为0.1-3摩尔/升；所述第一溶剂热反应的条件是：温度为60-140℃，反应时间为8-36小时。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫的有机溶液为硫的苯、甲苯或二硫化碳溶液，硫的有机溶液浓度为0.3-5摩尔/升。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的第二溶剂热反应的条件是：温度为100-180℃，反应时间为6-48小时。
7.根据权利要求1-2任一所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料用于电极材料的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，所述铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料用于电解水析氧的阳极材料的用途。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810191412.6A CN108396329B (zh) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810191412.6A CN108396329B (zh) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108396329A CN108396329A (zh) | 2018-08-14 |
| CN108396329B true CN108396329B (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=63091712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810191412.6A Active CN108396329B (zh) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108396329B (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109112566B (zh) * | 2018-09-25 | 2020-05-29 | 陕西师范大学 | 用于电解水析氧反应的微量铁(iii)离子掺杂的二硫化三镍催化剂 |
| CN109243851B (zh) * | 2018-11-12 | 2020-05-19 | 江苏索普（集团）有限公司 | 一种镍铁硫化物/泡沫镍纳米复合电极材料的制备方法 |
| CN109847763B (zh) * | 2018-12-29 | 2021-12-07 | 曲阜师范大学 | FeS-NiS纳米片阵列析氧催化剂及其制备方法和应用 |
| CN109794247A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 北京工业大学 | 一种无定形镍铁氧化物纳米片状电催化材料及其制备和应用 |
| CN110026208B (zh) * | 2019-05-10 | 2022-07-08 | 安徽师范大学 | 异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110129827A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-08-16 | 上海氯碱化工股份有限公司 | 通过锂诱导转化法制备改性钌钛涂层阳极的方法 |
| CN110314690B (zh) * | 2019-07-16 | 2022-04-19 | 广州大学 | 具有异质界面耦合的双金属硫化物Ni3S2/FeS复合材料及其制备方法与应用 |
| CN110592608B (zh) * | 2019-10-11 | 2021-04-23 | 北京化工大学 | 一种电解海水三联产的装置及其方法和用途 |
| CN114561649B (zh) * | 2020-11-27 | 2023-11-03 | 华中师范大学 | 一种铁修饰的羟基硫化镍超薄纳米片阵列、制备方法及其应用 |
| CN113106488A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-13 | 中山大学 | 一种铁掺杂硫化镍析氧电催化剂的制备方法 |
| CN114622243A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-06-14 | 杭州电子科技大学 | 一种Fe掺杂Ni3S2电极材料的制备方法及应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106011911A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-10-12 | 重庆大学 | 一种部分硫化提高金属氢氧化物析氧电极性能的方法 |
-
2018
- 2018-03-08 CN CN201810191412.6A patent/CN108396329B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106011911A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-10-12 | 重庆大学 | 一种部分硫化提高金属氢氧化物析氧电极性能的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Iron-doped nickel disulfide nanoarray: A highly efficient and stable electrocatalyst for water splitting;Na Yang et al;《Nano Research》;20160812;第3346-3354页 * |
| Na Yang et al.Iron-doped nickel disulfide nanoarray: A highly efficient and stable electrocatalyst for water splitting.《Nano Research》.2016,第3346-3354页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108396329A (zh) | 2018-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108396329B (zh) | 一种铁掺杂的两相硫化镍纳米阵列材料、其制备方法及用途 | |
| CN109847778B (zh) | 一种用于电解水析氧的二硫化钴/碳氮复合材料及其合成方法 | |
| CN110055557B (zh) | 一种三维镍掺杂铁基析氧催化剂及其制备方法和应用 | |
| Wei et al. | Hairy sphere-like Ni9S8/CuS/Cu2O composites grown on nickel foam as bifunctional electrocatalysts for hydrogen evolution and urea electrooxidation | |
| CN109954503B (zh) | 一种硒化镍和三元硒化镍铁复合电催化剂及制备方法和应用 | |
| CN110639534B (zh) | 一种析氧电催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN108823597B (zh) | 退火法制备氮掺杂的硫化镍析氢催化剂的方法及其应用 | |
| CN112108149A (zh) | 电催化材料的制备方法及相应材料和使用方法 | |
| CN111825127B (zh) | 一种金属镍基纳米材料的制备方法及其应用 | |
| CN111883367B (zh) | 一种Cu掺杂氢氧化钴纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用 | |
| CN108910962A (zh) | 一种三元CoFeCr水滑石纳米棒及其制备方法与应用 | |
| CN110938831A (zh) | 一种泡沫合金基铁掺杂NiSe微球电催化材料及制备方法 | |
| Arshad et al. | Fabrication of NiCu interconnected porous nanostructures for highly selective methanol oxidation coupled with hydrogen evolution reaction | |
| Shen et al. | Highly active bifunctional catalyst: Constructing FeWO4-WO3 heterostructure for water and hydrazine oxidation at large current density | |
| CN112808274A (zh) | 室温方法制备高性能的铁掺杂镍或钴基非晶态羟基氧化物催化剂及其高效电解水制氢研究 | |
| CN111889117A (zh) | 核壳状硒化铜@镍铁类水滑石电催化剂及其制备方法和电解水应用 | |
| CN111604061A (zh) | 一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列及其合成与应用 | |
| Liu et al. | Industrial stainless steel meshes for efficient electrocatalytic hydrogen evolution | |
| Zhang et al. | Graphdiyne@ NiO x (OH) y heterostructure for efficient overall water splitting | |
| Li et al. | Effect of Fe doping on Co-S/carbon cloth as bifunctional electrocatalyst for enhanced water splitting | |
| Liu et al. | Phosphorus-doped nickel selenides nanosheet arrays as highly efficient electrocatalysts for alkaline hydrogen evolution | |
| Zhang et al. | Self-supported NiFe-LDH nanosheets on NiMo-based nanorods as high-performance bifunctional electrocatalysts for overall water splitting at industrial-level current densities | |
| Chen et al. | Versatile Mo modulation effects enable efficient electrocatalytic aqueous methanol electro-reforming over surface-engineered NiCoMo alloy | |
| Fang et al. | In situ growth of S-incorporated CoNiFe (oxy) hydroxide nanoarrays as efficient multifunctional electrocatalysts | |
| Chen et al. | Facile synthesis of self support Fe doped Ni3S2 nanosheet arrays for high performance alkaline oxygen evolution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220210 Address after: 518063 A101, Tsinghua University Research Institute, No. 019, Gaoxin South seventh Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen haihydrogen Technology Co.,Ltd. Address before: 100029, No. 15 East Third Ring Road, Chaoyang District, Beijing Patentee before: BEIJING University OF CHEMICAL TECHNOLOGY |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518063 A101, Tsinghua University Research Institute, No. 019, Gaoxin South seventh Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: Shenzhen Hydrogen Energy Co.,Ltd. Address before: 518063 A101, Tsinghua University Research Institute, No. 019, Gaoxin South seventh Road, high tech Zone community, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: Shenzhen haihydrogen Technology Co.,Ltd. |