CN110156093B - 一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，包括以下步骤：以单质硫和强碱为原料制备多硫化物碱溶液；以多硫化物碱溶液、镍盐为原料，在温和条件下快速制备硫化镍纳米材料。该工艺的合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好，在制备过程中无需模板剂及表面活性剂，经清洗后的硫化镍超细颗粒材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。该方法操作简单，制备过程容易控制，适用于工业化生产，生产成本低廉且环保。本发明制备的硫化镍在工业催化剂、半导体材料、光电子材料、锂离子电池负极材料和超级电容器材料等领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及硫化镍超细颗粒，具体涉及一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法。
背景技术
硫化镍是一种重要的过渡金属硫化物，也是一种化学稳定性好的多功能半导体材料。由于其优异的光、电、催化等性能，在工业催化剂、半导体材料、光电子材料、锂离子电池负极材料和超级电容器材料等领域受到了极大的关注。研究表明，材料的物理和化学性质与材料的结构、尺寸都有密切关系，因此，越多的研究集中在具有一定形貌、尺寸和维度的硫化镍材料的可控合成。目前硫化镍的制备方法很多，大多涉及高能和惰气保护下进行多相反应，如高温气相法、高温固相法、电化学方法以及水热合成法等。在这些方法中，水热合成法被认为是实现材料形貌、尺寸和维度可控的有效方法。这些方法在一定程度上存在不足，譬如产物尺寸、形貌难以控制；产率不高；高温反应条件苛刻或制备过程比较复杂、成本相对较高；对环境污染严重等。
因此，需要一种具有高产率、尺寸可控、环境友好的硫化镍制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，反应温度相对较低，条件温和，操作简单，所制得的硫化镍超细材料具有高产率、尺寸可控、环境友好的特点。
本发明的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，包括以下步骤：先以单质硫和强碱为原料制备的多硫化物碱溶液，然后以多硫化物碱溶液和镍盐为原料反应制得硫化镍超细颗粒；
进一步，包括以下步骤：
a.将单质硫、强碱和去离子水混合后密封加热制得多硫化物碱溶液；
b.将多硫化物碱溶液与镍盐溶液在室温下搅拌混合后经离心洗涤、烘干，制得硫化镍超细颗粒；
进一步，步骤a中，加热温度为180-220℃，加热后恒温反应0.8-1.5小时；
进一步，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1-1:2；
进一步，步骤a中，先将单质硫和强碱混合均匀后再加入去离子水，所述单质硫为硫粉，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述镍盐为氯化镍或硝酸镍；
进一步，步骤a中，单质硫与强碱的摩尔比为1:1；
进一步，步骤b中，所述多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:1-50，溶质质量比为1:2-25:4；
进一步，步骤b中，烘干温度为30-80℃；
进一步，步骤b中，采用无水乙醇和去离子水离心洗涤。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，以强碱、镍盐和硫单质作为原料，在温和下快速制备硫化镍纳米材料，该工艺的合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好，在制备过程中无需模板剂及表面活性剂，经清洗后的硫化镍超细颗粒材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。该方法操作简单，制备过程容易控制，适用于工业化生产，生产成本低廉且环保。本发明制备的硫化镍在工业催化剂、半导体材料、光电子材料、锂离子电池负极材料和超级电容器材料等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明方法制备的硫化镍的X射线衍射图。
图2是本发明方法制备的硫化镍的扫描电镜图。
图3是本发明方法制备的硫化镍的扫描电镜图。
图4是本发明方法制备的硫化镍的扫描电镜图。
图5是本发明方法制备的硫化镍的扫描电镜图。
具体实施方式
本实施例的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，包括以下步骤：利用以单质硫和强碱为原料制备的多硫化物碱溶液与镍盐反应制得硫化镍超细颗粒；以强碱、镍盐和单质硫作为原料在常温下反应制得；可通过调整多硫化物和镍盐溶液的相对比例，以得到不同的化学式的和形貌各异的硫化镍纳米材料，该方法合成温度低、压强低、产率高、产物形貌规整且稳定性好。
本实施例中，包括以下步骤：
a.将单质硫、强碱和去离子水混合后密封加热制得多硫化物碱溶液；
b.将多硫化物碱溶液与镍盐溶液在室温下搅拌混合后经离心洗涤、烘干，制得硫化镍超细颗粒；将硫单质和强碱加入反应容器中后再加入适量的去离子水，反应完成后将反应容器放置使其自然冷却至室温，去离子水的添加量以单质硫、强碱能反应充分为基准，根据单质硫、强碱的添加量可计算出去离子水的添加量。反应容器为聚四氟乙烯容器，加热设备采用马弗炉或电阻炉或干燥箱或烘箱。将反应容器密封是为了防止水分的蒸发以确保反应更充分，提高产率。
本实施例中，步骤a中，加热温度为180-220℃，加热后恒温反应0.8-1.5小时；温度直接影响产物的产率，形貌和稳定性，在此温度条件下，能够合成产率高，形貌好规整和稳定性高的硫化镍纳米材料。当加热温度为200℃，恒温反应1小时的效果最佳。
本实施例中，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1-1:2；
本实施例中，步骤a中，先将单质硫和强碱混合均匀后再加入去离子水，所述单质硫为硫粉，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述镍盐为氯化镍或硝酸镍；原料易得，生产成本低廉。
本实施例中，步骤a中，单质硫与强碱的摩尔比为1:1；
本实施例中，步骤b中，所述多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:1-50，溶质质量比为1:2-25:4；烘干温度为30-80℃；确保产物的产率、产物形貌和稳定性，可通过调整多硫化物和镍盐溶液的相对比例，以得到不同的化学式的和形貌各异的硫化镍纳米材料。
本实施例中，步骤b中，采用无水乙醇和去离子水离心洗涤；经无水乙醇和去离子水清洗后的硫化镍超细颗粒材料表面清洁，能最大程度的发挥其应有的功能。
实施例一
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将1.6043g硫粉、2.0618g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至200℃恒温反应1小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中5毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.01M 5mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。本实施例以及下述施例中，M代表摩尔浓度。
实施例二
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将3.2086g硫粉、4.1237g氢氧化钾和40ml去离子水于100毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至180℃恒温反应1小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中5毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.05M 5mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
实施例三
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将6.4172g硫粉、8.2474g氢氧化钾和80ml去离子水于150毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至220℃恒温反应0.8小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中2毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.05M 100mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
实施例四
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将1.6043g硫粉、2.0618g氢氧化钠和20ml去离子水于50毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至200℃恒温反应1小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中2毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.08M 50mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
实施例五
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将9.6258g硫粉、12.3708g氢氧化钠和120ml去离子水于200毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至190℃恒温反应0.8小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中2毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.08M 100mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
实施例六
本实施例的硫化镍超细颗粒材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将3.2086g硫粉、4.1237g氢氧化钠和40ml去离子水于100毫升的聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至210℃恒温反应1.2小时后制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中2毫升多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的0.05M 50mL镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为60℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
实施例七
a.将硫粉、氢氧化钠和去离子水于聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至180℃，恒温反应0.8小时制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8次、并在温度为30℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
本实施例中，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1；单质硫与强碱的摩尔比为1:1；步骤b中，多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:1，溶质比为1:2。
实施例八
a.将硫粉、氢氧化钠和去离子水于聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至220℃，恒温反应1.5小时制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为80℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
本实施例中，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:2；单质硫与强碱的摩尔比为1:1；步骤b中，多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:50，溶质质量比为25:4。
实施例九
a.将硫粉、氢氧化钠和去离子水于聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至200℃，恒温反应1小时制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤9次、并在温度为80℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
本实施例中，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1；单质硫与强碱的摩尔比为1:1；步骤b中，多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:25，溶质质量比为5：2。
实施例十
a.将硫粉、氢氧化钠和去离子水于聚四氟乙烯容器中混合后密封，将聚四氟乙烯容器置于加热设备中加热至180-220℃，恒温反应0.8-1.5小时制得多硫化物碱溶液，然后自然冷却至室温；
b.将步骤a中多硫化物碱溶液和剧烈搅拌条件下的镍盐溶液在常温下混合反应后所得产物经离心洗涤、烘干得硫化镍超细颗粒材料；重复洗涤8-10次、并在温度为30-80℃下烘干，既得硫化镍超细颗粒材料。
本实施例中，步骤a中，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1-1:2；单质硫与强碱的摩尔比为1:1；步骤b中，多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:35，溶质质量比为1:2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a. 将单质硫、强碱和去离子水混合后密封加热制得多硫化物碱溶液，加热温度为180-220℃，加热后恒温反应0.8-1.5小时，所述单质硫与强碱的摩尔比为1:1-1:2；
b.将多硫化物碱溶液与镍盐溶液在室温下搅拌混合后经离心洗涤、烘干，制得硫化镍超细颗粒，所述多硫化物碱溶液与镍盐溶液的体积比为1:1-50，溶质质量比为1:2-25:4 。
2.根据权利要求1所述的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，其特征在于：步骤a中，先将单质硫和强碱混合均匀后再加入去离子水，所述单质硫为硫粉，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，所述镍盐为氯化镍或硝酸镍。
3.根据权利要求2所述的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，其特征在于：步骤a中，单质硫与强碱的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求3所述的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，其特征在于：步骤b中，烘干温度为30-80℃。
5.根据权利要求4所述的温和条件下高效制备硫化镍超细颗粒的方法，其特征在于：步骤b中，采用无水乙醇和去离子水离心洗涤。
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