CN112316956B - 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 - Google Patents
一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112316956B CN112316956B CN202011279331.5A CN202011279331A CN112316956B CN 112316956 B CN112316956 B CN 112316956B CN 202011279331 A CN202011279331 A CN 202011279331A CN 112316956 B CN112316956 B CN 112316956B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fes
- nanosphere
- catalyst
- black precipitate
- hybrid catalyst
- 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
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 41
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide;tungsten Chemical group [W].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-] FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 claims description 2
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- -1 lithium-sulfur ion Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- BJMBNXMMZRCLFY-UHFFFAOYSA-N [N].[N].CN(C)C=O Chemical compound [N].[N].CN(C)C=O BJMBNXMMZRCLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
- B01J27/047—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
- B01J27/049—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium with iron group metals or platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/51—Spheres
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/581—Chalcogenides or intercalation compounds thereof
- H01M4/5815—Sulfides
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法，包括：S101将六羰基钨和硫粉在惰性气体保护下溶解于有机溶剂中，混合均匀后，逐滴加入一定量的五羰基铁，并于室温下混合均匀，得到褐色混合液；S102将所述褐色混合液于高压反应釜中于100℃‑250℃充分反应，得混合物；优选地，所述褐色混合液充分反应10‑24h；S103将反应后的高压反应釜冷却至室温后，将所述混合物离心，得黑色沉淀物，经纯化处理，即得。本发明提供了由所述方法制备得到的WS2/FeS纳米球杂化催化剂及其应用。本发明的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法简单，获得了尺寸均匀、比表面积高的纳米片团簇型纳米颗粒。
Description
技术领域：
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用。
背景技术：
传统化石燃料的大量燃烧使环境污染更加严重，使得人们寻找其他可再生能源。氢能源具有高能量密度，燃烧后产生的唯一产物是水，成为最有希望的候选能量载体。电化学水分解法提供了一种产生氢气的可行途径，包括两个半反应，阴极上有氢气发生反应(HER)，阳极上有氧气发生反应(OER)。但是，在电化学水分解过程中释放氢的实际效率受到氢释放反应动力学(HER，2H++2e-→H2)的严格限制。因此，降低能垒和提高能量转化效率迫切需要高性能HER催化剂。迄今为止，Pt基金属材料被认为是当前最先进的HER电催化剂，但是，由于Pt基金属材料的巨大成本和低丰度，限制了其大规模应用，无法满足产业需求。因此，设计和开发具有高丰度、低成本和高耐用性以增强催化性能的HER电催化剂至关重要。
近年来，通过对电催化剂材料的不断研究，基于MoS2、WS2、TiS2和FeS的层状过渡金属基二卤化金属(LTMDs)已成为贵金属催化剂(如铂(Pt)和金(Au))的替代品。以MoS2纳米片为代表的LTMD已经开发并取得了显著进步。尽管对WS2的研究不如MoS2广泛，但是WS2和MoS2都具有特殊的片状结构，有助于电子转移，可以为HER过程提供更多的活性位点。硫化铁的添加能够增加活性表面积，改善电子传导性，并且改善WS2由于暴露的边缘位置较少和电子/离子传导性较弱而引起的催化活性的降低。通过成分控制，硫化钨和硫化铁相混合物材料表现出优异的水分解催化性能。
近年来，随着科技的发展，钨基催化剂和铁基催化剂在离子电池和光电催化分解水等领域的应用越来越广泛，现有技术中公开了FeS2纳米球作为锂硫离子电池的阳极材料时可显著提高电池的循环寿命和充放电速率，也公开了WS2作为分层电极生长在纳米管上可显著增强析氢反应(HER)的催化性能。通过两种物质组成相混合物的相关应用性试验也相继出现，有报道声称相混合物在碱性条件下可以有效地加速析氢反应的进行，表明可通过扩展生产低成本和高效的电化学析氢催化剂。上述现有技术表明WS2和FeS相混合物在能量储存和能量转运等方面有着良好的前景。
通过上述分析，现有技术中尽管已有诸多相混合物，但是还没有关于WS2和FeS相混合物的研究，也没有对于WS2和FeS相混合物性能优劣的相关披露。
发明内容：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法，包括：
S101将六羰基钨和硫粉在惰性气体保护下溶解于有机溶剂中，混合均匀后，逐滴加入一定量的五羰基铁，并于室温下混合均匀，得到褐色混合液；
S102将所述褐色混合液于高压反应釜中于100℃-250℃充分反应，得混合物；优选地，所述褐色混合液充分反应10-24h。
S103将反应后的高压反应釜冷却至室温后，将所述混合物离心，得黑色沉淀物，经纯化处理，即得WS2/FeS纳米球杂化催化剂。
在根据本发明的一个实施方案中，S101步骤中，以mol﹕mol﹕L﹕L计，六羰基钨、硫粉、有机溶剂和五羰基铁的比例为1-4：10：30-50：0.3-3；优选为2.42﹕10﹕35﹕0.337。
在根据本发明的一个实施方案中，S101中，所述惰性气体选自氮气、氙气、氖气、氦气、氩气或氪气中的一种。
在根据本发明的一个实施方案中，S103中，所述纯化处理包括：将所述黑色沉淀物进行超声处理，然后依次用水和丙酮洗涤数次，最后干燥处理。
在根据本发明的一个实施方案中，S103中，所述干燥处理包括以真空干燥机烘干或冻干。
在根据本发明的一个实施方案中，S103中，离心转速为12000转/min，离心时间为10min。
本发明还提供了根上所述的制备方法制备得到WS2/FeS纳米球杂化催化剂。
本发明进一步提供了上述WS2/FeS纳米球杂化催化剂在电化学分解水产氢催化中的应用。
本发明进一步提供了基于上述WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备的电极。
本发明还提供了一种基于上述WS2/FeS纳米球杂化催化剂或上述的电极在制备电池中的应用。
本发明提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂材料具有以下有益效果：
本发明以有机试剂作为溶剂，通过调控反应前所加入钨源前驱体和铁源前驱体的投料比来获得形貌可控、尺寸均匀、比表面积高的纳米片团簇型WS2/FeS纳米球杂化催化剂，有望在更广泛的新兴领域发挥重要作用，如电催化和锂硫离子电池等领域。
本发明为简单的溶剂热合成WS2/FeS纳米球杂化催化剂的方法，以将六羰基钨和硫粉溶解在有机溶剂中，搅拌数分钟后加入五羰基铁，通过溶剂热反应，对所得产物进行离心洗涤得到黑色沉淀物，即WS2/FeS纳米球杂化催化剂。本发明的成本低廉，操作简单。通过简单的“一锅煮”水热反应即可得到WS2/FeS纳米球杂化催化剂。其有望在更广泛的新兴领域发挥重要作用，如电催化和离子电池等领域。
附图说明：
图1是本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的实施例1制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图谱，样品为三维(3D)纳米球形状。
图3是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例WS2/FeS纳米球杂化催化剂的SEM图谱，样品形貌可控。
图4是本发明实施例1提供的扫描电子显微镜映射(SEM mapping)图谱可以看出三种元素的均匀分布。
图5是本发明实施例提供的实施例1制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。
图6是本发明实施例提供的实施例2制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。
图7是本发明实施例提供的实施例3制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。
图8是本发明实施例提供的实施例4制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。
图9是本发明实施例提供的实施例5制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明提供了一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法及其应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法包括以下步骤：
S101：将六羰基钨和硫粉在氮气保护下溶解在有机溶剂中，搅拌数分钟后逐滴加入五羰基铁；
S102：将混合物在室温下继续搅拌一段时间后，将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将反应釜放入烘箱中保温一段时间后冷却；
S103：待反应釜冷却至室温后，对混合物进行离心洗涤得到黑色沉淀物，经超声处理以及采用去离子水和丙酮洗涤数次；在冷冻干燥机内干燥得到WS2/FeS纳米球杂化催化剂。
本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法具体包括以下步骤：
第一步，将0.1g-0.5g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.3-0.7g；0.7-1.10g；1.10-1.40g的六羰基钨的溶于30-50mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入1-5mL的五羰基铁。
第二步，将混合物在室温下快速磁力搅拌10min-20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入100℃-250℃的烘箱中，保持6-24h；
第三步，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥1-4h获得黑色产物。
在本发明的优选实施例中，所述第一步的“一锅煮”过程中，S101步骤中，以mol﹕mol﹕L﹕L计，六羰基钨、硫粉、有机溶剂和五羰基铁的比例为1-4：10：30-50：0.3-3，优选为2.42﹕10﹕35﹕0.337。
在本发明的优选实施例中，有机溶剂选自甲苯、对二甲苯或氮氮二甲基甲酰胺中的任意一种。
在本发明的优选实施例中，其中在第三步的离心收集过程中，离心转速为3000-12000转/min，离心时间为1-10min。
在本发明的优选实施例中，其中在第一步中的磁力搅拌转速为700-1500转/min。
本发明提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法仅仅是一个具体实施例而已。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：制备根据本发明的WS2/FeS纳米球杂化催化剂
首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.6g；0.88g；1.23g的六羰基钨的溶于三份35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下分别逐滴加入1mL的五羰基铁。然后，将混合物在室温下快速磁力搅拌20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入230℃的烘箱中，保持24h；最后，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2h获得黑色产物。
对得到的终产物的性质进行观察，具体如图2、图3和图4所示。
图2是本发明实施例提供的实施例1制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图谱，样品为3D纳米球形状。
图3是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例WS2/FeS纳米球杂化催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图谱，由图3所示可知，通过调控反应前所加入钨源前驱体和铁源前驱体的投料比来获得形貌可控、尺寸均匀、比表面积高的纳米片团簇型WS2/FeS纳米球杂化催化剂。
图4是本发明实施例1提供的扫描电子显微镜映射(SEM mapping)图谱可以看出三种元素的均匀分布。
实施例2：本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂包括以下步骤：
首先将0.5g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.6g；0.88g；1.23g的六羰基钨的溶于三份35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下分别逐滴加入1mL的五羰基铁。然后，将混合物在室温下快速磁力搅拌20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入230℃的烘箱中，保持24h；最后，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2h获得黑色产物。
实施例3：本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂
首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.6g；0.88g；1.23g的六羰基钨的溶于三份35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下分别逐滴加入3mL的五羰基铁。然后，将混合物在室温下快速磁力搅拌20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入230℃的烘箱中，保持24h；最后，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2h获得黑色产物。
实施例4：本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂
首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.6g；0.88g；1.23g的六羰基钨的溶于三份35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下分别逐滴加入1mL的五羰基铁。然后，将混合物在室温下快速磁力搅拌20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入230℃的烘箱中，保持36h；最后，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2h获得黑色产物。
实施例5：本发明实施例提供的WS2/FeS纳米球杂化催化剂
首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与0.6g；0.88g；1.23g的六羰基钨的溶于三份35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下分别逐滴加入1mL的五羰基铁。然后，将混合物在室温下快速磁力搅拌20min，而后将混合物转移到不锈钢高压反应釜中，并将高压反应釜放入250℃的烘箱中，保持24h；最后，待高压反应釜温度冷却至室温，离心洗涤混合物，得到黑色沉淀物，将上述黑色沉淀物经超声分散处理，并采用去离子水和丙酮交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2h获得黑色产物。
实施例6性能测试
在室温下，使用带有标准三电极系统的电化学工作站在1.0M KOH中执行所有样品的电化学测试。碳纤维纸(CFP)上的工作电极由WS2/FeS催化剂制成。向750μL去离子水和250μL乙醇和40μL Nafion溶液(5wt％)的混合物中加入5mg样品催化剂和5mg碳粉，然后超声处理40分钟以获得均匀的悬浮液。然后，将70μL WS2/FeS催化剂滴到干净的CFP片上(1厘米*1厘米)。参照参考进行校准，并通过公式将其转换为可逆氢电极(RHE)。
E RHE＝E(Hg/HgO)+0.89
在每次HER测试之前，将三电极系统用高纯度氮气鼓泡30分钟。为探索HER活性，在0V至-0.5V的扫描速率下以5mV/s的速度进行线性扫描伏安法测试。电化学阻抗谱(EIS)测量在0.01至105Hz的频率范围内获得，并通过Zview软件进行拟合。1M KOH水溶液中的Hg/HgO电极用作参比电极。
根据上述方法分别对实施例1-5中制备的杂化催化剂进行性能测试，具体如图5-9所示。
图5是本发明实施例提供的实施例1制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。通过对比发现，在相同的电流密度下，WS2:FeS＝2:1的过电位最小，性能最好。
图6是本发明实施例提供的实施例2制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。同样通过对比发现，在相同的电流密度下，WS2:FeS＝2:1的过电位最小，性能最好。
图7是本发明实施例提供的实施例3制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。同样通过对比发现，在相同的电流密度下，WS2:FeS＝2:1的过电位最小，性能最好。
图8是本发明实施例提供的实施例4制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。同样通过对比发现，在相同的电流密度下，WS2:FeS＝2:1的过电位最小，性能最好。
图9是本发明实施例提供的实施例5制备的WS2/FeS纳米球杂化催化剂和非杂化的WS2催化剂以及非杂化的FeS催化剂的电化学性能对比图。同样通过对比发现，在相同的电流密度下，WS2:FeS＝2:1的过电位最小，性能最好。
由此证明实验条件无论怎样改变，WS2:FeS＝2:1的性能都很优异。
与现有技术相比，本发明通过六羰基钨，硫粉和五羰基铁在对二甲苯溶剂中共热一步合成了WS2/FeS杂化催化剂。本发明介绍的结果可能为发现有效的双功能且低成本的析氢反应电催化剂材料提供新的机会。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
S101将六羰基钨和硫粉在惰性气体保护下溶解于有机溶剂中，混合均匀后，逐滴加入一定量的五羰基铁，并于室温下混合均匀，得到褐色混合液；
S102将所述褐色混合液于高压反应釜中于100℃-250℃充分反应，得混合物；所述褐色混合液充分反应10-24h；
S103将反应后的高压反应釜冷却至室温后，将所述混合物离心，得黑色沉淀物，经纯化处理，即得WS2/FeS纳米球杂化催化剂；
S101步骤中，以mol﹕mol﹕L﹕L计，六羰基钨、硫粉、有机溶剂和五羰基铁的比例为1-4：10：30-50：0.3-3。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S101中，所述惰性气体选自氮气、氙气、氖气、氦气、氩气或氪气中的一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S103中，所述纯化处理包括：将所述黑色沉淀物进行超声处理，然后依次用水和丙酮洗涤数次，最后干燥处理。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S103中，所述干燥处理包括以真空干燥机烘干或冻干。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S103中，离心转速为12000转/min，离心时间为10min。
6.如权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到WS2/FeS纳米球杂化催化剂。
7.如权利要求6所述WS2/FeS纳米球杂化催化剂在电化学分解水产氢催化中的应用。
8.一种由权利要求6所述WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备的电极。
9.一种如权利要求6所述WS2/FeS纳米球杂化催化剂或如权利要求8所述的电极在制备电池中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011279331.5A CN112316956B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011279331.5A CN112316956B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112316956A CN112316956A (zh) | 2021-02-05 |
| CN112316956B true CN112316956B (zh) | 2022-09-06 |
Family
ID=74318802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011279331.5A Active CN112316956B (zh) | 2020-11-16 | 2020-11-16 | 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112316956B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113201765B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-11-25 | 青岛科技大学 | 一种磷化ws2纳米球催化剂制备方法及其应用 |
| CN114832836A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-08-02 | 广西民族大学 | 一种微塑料催化剂及其制备方法、降解微塑料的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016190818A1 (en) * | 2015-05-26 | 2016-12-01 | Nanyang Technological University | Synthesis and application of tungsten chalcogenide hetero-structured nanomaterials |
| CN107188232A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-22 | 苏州大学 | 一种花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用 |
| CN109939691A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 广西大学 | 金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂 |
-
2020
- 2020-11-16 CN CN202011279331.5A patent/CN112316956B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016190818A1 (en) * | 2015-05-26 | 2016-12-01 | Nanyang Technological University | Synthesis and application of tungsten chalcogenide hetero-structured nanomaterials |
| CN107188232A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-22 | 苏州大学 | 一种花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用 |
| CN109939691A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-06-28 | 广西大学 | 金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Nickel-doped pyrrhotite iron sulfide nanosheets as a highly efficient electrocatalyst for water splitting;Zhongxin Jing等;《Journal of Materials Chemistry A》;20200915;第8卷(第39期);第20323-20330页 * |
| Rational Construction of a WS2/CoS2 Heterostructure Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution at All pH Values;Jun Wu等;《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》;20200226;第8卷(第11期);第4474–4480页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112316956A (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qiao et al. | Etch-evaporation enabled defect engineering to prepare high-loading Mn single atom catalyst for Li-S battery applications | |
| CN108754531A (zh) | 一种含Co和Ru双金属碳纳米复合电催化材料的制备方法 | |
| CN112652780B (zh) | 一种Fe/Fe3C纳米颗粒负载多孔氮掺杂碳基氧还原催化剂的制备方法 | |
| CN112316956B (zh) | 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 | |
| CN111604062B (zh) | 一种超小中空立方体纳米材料及其制备方法与电催化析氢中的应用 | |
| CN110327943B (zh) | 一种Cu-Mo-S复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN109888309B (zh) | 一种基于金属卟啉与磷腈自组装纳米材料的n、p双掺杂石墨化碳材料、其制备方法及应用 | |
| CN113512738B (zh) | 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用 | |
| CN113881965B (zh) | 一种以生物质碳源为模板负载金属纳米颗粒催化剂及其制备方法和应用 | |
| Sheng et al. | Graphitic nanocages prepared with optimized nitrogen-doped structures by pyrolyzing selective precursors towards highly efficient oxygen reduction | |
| Mohammadi et al. | Investigating performance of flower-like CoCu-MOF supported on carbon felt as a binder-free anode electrode in direct ethanol fuel cell | |
| Jiang et al. | Zn, S, N self-doped carbon material derived from waste tires for electrocatalytic hydrogen evolution | |
| CN115896848A (zh) | 一种氮/硫共掺杂多孔碳负载锌单原子/金属铜串联催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108484415B (zh) | 一种镉金属有机配合物的制备方法及其产品和衍生物 | |
| CN114045522A (zh) | NiMo6-S@HCS纳米复合材料、制备方法及电催化制氢中的应用 | |
| CN112076764A (zh) | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 | |
| CN109037717A (zh) | 一种碱性燃料电池的铁基催化剂及制备方法 | |
| CN111822054A (zh) | 一种纳米多孔材料阳极催化剂及其制备方法 | |
| CN109317205B (zh) | 富含氰基空位的镍铁基金属有机框架材料、制备方法及其应用 | |
| CN111804313A (zh) | Fe2O3@Co9S8双中空核壳结构纳米复合材料制备方法及其应用 | |
| CN114808026B (zh) | 一种二维金属有机框架纳米片支撑贵金属单原子催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113201765B (zh) | 一种磷化ws2纳米球催化剂制备方法及其应用 | |
| Wang et al. | In-situ immobilization strategy for single-atom iron sites to enhance oxygen reduction reaction in Zn–air batteries and microbial fuel cells | |
| CN113224319B (zh) | 一种氮硫共掺杂碳包覆过渡金属纳米硫化物电化学氧催化剂的制备方法 | |
| CN112675897A (zh) | 一种沥青基氧还原电催化剂的制备方法 |
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 |