CN114195108A - 一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 - Google Patents
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114195108A CN114195108A CN202210008154.XA CN202210008154A CN114195108A CN 114195108 A CN114195108 A CN 114195108A CN 202210008154 A CN202210008154 A CN 202210008154A CN 114195108 A CN114195108 A CN 114195108A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- nickel
- dimensional
- preparation
- sodium hypophosphite
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/08—Other phosphides
-
- 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
-
- 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
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/42—Magnetic properties
-
- 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)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用,属于电催化制氢技术领域。该磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法是以镍盐和尿素为原料,施加磁场下,保温反应,得到磷化镍前驱体;将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下,煅烧,得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。其制备方法具有简单、清洁、通用且价格低廉等特征。并且制备的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,其比表面积、电子传输能力均有提高,能够作为电催化析氢反应的催化剂,提高析氢的催化活性以及磁性能。
Description
技术领域
本发明属于电催化制氢技术领域,具体涉及一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用。
背景技术
我国虽然能源种类众多,但是化石燃料储量较少。并且化石燃料中普遍存在N、S等元素,这类元素在一定的条件下会和O发生反应,产生NO2、SO2、SO3等酸性气体,对环境造成严重的污染。因此,人类开发可再生绿色清洁的能源刻不容缓。氢气作为理想燃料,在所有化学燃料中具有最高的质量能量密度,是替代化石燃料清洁能源的最佳载体。利用电解水析氢反应(HER)将电能转化为氢燃料,可以有效实现清洁能源的可持续利用,而催化剂的研究对于析氢反应具有重要意义。
目前对于电催化析氢反应效果最好的催化剂是贵金属铂(Pt),与其他催化剂相比,铂具有更低的过电位和更高的电流密度,然而,高成本和稀缺性阻碍了其实际应用,因此需开发廉价、高效的非贵金属析氢电催化剂。Ni2P用作析氢反应催化剂解决了高成本和稀缺性的问题,同时研究表明,Ni2P(001)晶面具有较高的析氢活性,因此,它极具开发前景。
然而,目前大部分方法所制备出来的Ni2P都是零维纳米颗粒,相比之下,一维(1D)纳米结构具有高效电子传输能力、更大的比表面积、高纵横比等优点,可通过制备Ni2P的一维纳米结构实现其催化性能的提升。当前,科研者分别从固态、气相及液态技术三个角度,开发了众多一维纳米结构的制备方法,令人遗憾的是,固态技术和气相技术均需要复杂的设备及昂贵的材料才能完成制备,而液态技术的实验过程中必须严格控制温度和碱性pH值,成本及实验条件上的劣势导致上述三类方法难以用于Ni2P大规模生产。如何解决设备、成本及合成条件问题从而实现Ni2P一维纳米线的工业化生产是困扰研究人员的瓶颈问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用,该磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,之所以选择磁场诱导合成,原因在于这种方法可以与固态技术、气相技术以及基于液体或溶液的技术结合使用,并且通过调节磁场强度和磁场使用阶段诱导形成一维纳米链结构的Ni2P,制备方法具有简单、清洁、通用且价格低廉等特征。并且制备的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,其比表面积、电子传输能力均有提高,能够作为电催化析氢反应的催化剂,提高析氢的催化活性以及磁性能。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,以镍盐和尿素为原料,施加磁场下,保温反应,得到磷化镍前驱体;
将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下,煅烧,得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。
本发明的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,具体包括以下步骤:
S1:以去离子水为溶剂,镍盐和尿素(CN2H4O)为原料,溶解混合均匀,得到反应溶液;按摩尔比,镍盐中的镍:尿素=(0.75~1.5):(2.5~7.5)。
S2:将反应溶液置于反应釜中,外加匀强磁场,磁场强度为5~6T,在120~180℃保温 6~12h,冷却、固液分离、固态产物洗涤、干燥,得到磷化镍前驱体;
S3:按摩尔比,磷化镍前驱体:次磷酸钠=(0.8~1.2):(4~6)称量物料,将磷化镍前驱体和次磷酸钠分别置于管式炉中,持续通入氮气,在300~400℃煅烧2~4h,冷却,得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。
进一步的,所述的S1中,按质量比,镍盐:去离子水=(0.6~1.4):60。
所述的S1中,镍盐优选为六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍的一种或几种。
所述的S1中,溶解混合均匀优选采用超声和/或机械搅拌,其中,超声时间优选为10~20 min,机械搅拌,优选为磁力搅拌,磁力搅拌时间优选为30~60min。
所述的S2中,反应釜的升温速率为4~8℃/min。
所述的S2中,反应釜为抗磁性反应釜,优选为铜、陶瓷、聚四氟乙烯中的一种。
所述的S2中,固液分离优选为离心。
所述的S2中,干燥温度为40~60℃,干燥时间为8~12h。
所述的S2中,冷却、固液分离、固态产物洗涤,均为本领域常规操作,可以选用以下方法:室温自然冷却,离心分离,离心转速为8000~10000r/min,离心时间为10~15min,将固态产物分别交替用无水乙醇和水各洗涤至少3次。
所述的S3中,所述的次磷酸钠优选为一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)。
所述的S3中,通入氮气的流量为50~80cc/min。
所述的S3中,管式炉升温速率为1~3℃/min。
所述的S3中,作为优选,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)的瓷舟置于管式炉的气路上游。
本发明的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,采用上述制备方法制得。
所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,其比表面积为45~60m2 g-1,宽度为1~4μm,长度为20~50μm。
本发明的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的作为电催化析氢材料的应用,具体是将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链作为在电催化析氢反应中的催化剂。
所述的电催化析氢反应中的催化剂的制备方法为:将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链和Nafion溶液混合,并以0.5~1mg/cm2负载在碳纸上,按固液比,磁场诱导合成Ni2P一维纳米链:Nafion溶液=(4~6)mg:(40~60)μL。
在电催化析氢反应中,在10、100、200mA cm-2电流密度下,其过电位分别为205、375、 408mV,并且在24h的测试中保持较好的稳定性。
本发明的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,相较于零维纳米颗粒,一维纳米链具有颗粒呈线性排列的特征。通过本发明的实验证明,在磁场条件下,物质都将处于磁化状态,即可通过磁化能的作用实现纳米颗粒的线性排列,与此同时最为重要的是,磁场能够影响形核过程中的临界形核半径和形核率以及影响长大过程中的扩散生长速率和反应生长速率,故本发明通过调控磁场强度,实现纳米颗粒从零维向一维的转变。反应初期,强磁场加速离子的富集和扩散,促进局部区域离子达到过饱和溶液浓度,实现液固相变,析出纳米颗粒,但是该阶段纳米颗粒的体积较小,纳米颗粒之间的磁相互作用太弱,其运动主要受布朗运动和静电排斥力的影响;随着纳米颗粒的生长,其直径达到临界尺寸后,磁场条件下产生磁化能对纳米颗粒临界形核半径产生影响,磁极化交互作用逐渐主导纳米颗粒的排列取向,同时新的纳米颗粒受极化交互作用吸引到纳米链大颗粒的间隙中,完成纳米链间隙的填充,从而完成了零维纳米颗粒向一维纳米链的转变。
本发明的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用,与现有技术相比,有益效果是:
1、本发明提供的制备一维纳米链结构磷化镍方法,设备简单,限制条件较少,合成过程重复性高,颗粒生长可控性好,易于实现工业化。
2、磁场的施加,增加了Ni2P的比表面积,从而提高了磁性能以及催化性能。6T磁场下的Ni2P相较于无磁场下的Ni2P的饱和磁化强度从0.028emu g-1增加到3.37emu g-1,剩余磁化强度从0.06emu g-1增加到1.01emu g-1。此外,在碱性介质析氢反应过程中,当电流密度达到200mA cm-2时,链状的Ni2P比颗粒状的过电位减少了231mV。
3、本发明通过调控磁场强度,实现磁性粒子沿磁感线方向定向排列,从而形成纳米链,磁场的施加,增大了Ni2P的比表面积,从而提高了磁性能以及催化性能,并且随着磁场强度的提高,降低了Ni2P在析氢反应中的过电位。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下磷化前与磷化后的SEM图;其中,图1(a)表示Ni2P在0T磁场条件下磷化前的SEM图;1(b)表示Ni2P在0T磁场条件下磷化后的SEM图;1(c)表示Ni2P在6T磁场条件下磷化前的SEM图;1(d)表示Ni2P在6T磁场条件下磷化后的SEM图;
图2为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下的XRD图;其中,图2(a)表示Ni2P 在6T磁场条件下的颗粒尺寸分布图;图2(b)表示Ni2P在0T磁场条件下的颗粒尺寸分布图;
图3为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下的XRD图;
图4为本发明实施例1制备的Ni2P在6T磁场条件下的TEM图;
图5为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下的磁滞回线图;其中,图5(a)表示 Ni2P在6T磁场条件下的磁滞回线图;图5(b)表示Ni2P在0T磁场条件下的磁滞回线图;
图6为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下的极化曲线图;其中,图6(a)表示 Ni2P在6T磁场条件下的极化曲线图;图6(b)表示Ni2P在0T磁场条件下的极化曲线图;
图7为本发明实施例1制备的Ni2P在不同磁场条件下的塔菲尔斜率图;其中,图7(a)表示Ni2P在6T磁场条件下的极化曲线图;图7(b)表示Ni2P在0T磁场条件下的极化曲线图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明,但并不是对于本发明的限制。
下述实施例中所述试验方法,如无特殊说明,均为常规方式;所用试剂,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,具体包括以下步骤:
步骤1:称取[1mmol,0.87g]六水合硝酸镍(NiNO3·6H2O),[5mmol,0.9g]尿素(CN2H4O),加入60mL去离子水中,进行10min超声溶解,使其完全溶于60mL去离子水中,得到混合液。将上述混合液磁力搅拌40min后,形成澄清的浅绿色溶液,得到反应溶液;
步骤2:将反应溶液转入到100mL内衬聚四氟乙烯的铜制高压釜中。将反应釜置于高磁场反应炉中,以升温速率为4℃/min,升温反应釜,并升温至120℃下保持6h,在整个化学反应过程中,维持匀强磁场,其磁场强度为6T。待反应结束后,将反应釜从炉子中取出并冷却至室温。将反应产物离心分离后,固态产物加入去离子水洗涤,再加入无水乙醇洗涤。每次洗涤之后进行离心分离,分离后倒掉上层清液。离心速度为10000r/min,单次离心时间为10min。上述洗涤过程重复三次,共进行六次洗涤。最后,将得到的绿色粉末状样品取出,置于保温箱中,在60℃下干燥12h,最终,得到Ni2P前驱体。在不同磁场条件下制备Ni2P 前驱,结果如图1所示。结果表明施加6T磁场后,磁性颗粒沿磁感线方向排列形成链条状。图2显示了不同磁场下(0T和6T),Ni2P前驱体的颗粒统计,从图中可以看出,0T磁场下 Ni2P的宽度为3.1um,6T磁场下Ni2P的宽度为2.1um,这表明磁场的施加有效的抑制了 Ni2P的形核长大。
步骤3:将上述得到的Ni2P前驱体与一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)以1:5的摩尔比例分别置于两个瓷舟中,并放入管式炉,一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)瓷舟置于管式炉中气流上游,Ni2P前驱体瓷舟置于管式炉中气流下游,并向管式炉中通入氮气(N2)。随后,以2℃/min 的速率将管式炉的温度提升至300℃,并维持2h,在此过程中,一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O) 热解产生磷化氢(PH3)气体,PH3在通入的N2的吹送下,与管式炉中气流下游的粉末状Ni2P 前驱体接触,并与其进行反应。N2通入速度为50cc/min。待反应结束后,自然冷却至室温,收集得到的黑色产物,即为磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。对磁场诱导合成Ni2P一维纳米链进行宽度和链条长度统计,可以得到其宽度为1~4μm,长度为20~50μm。
利用X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)表征样品的物相为Ni2P相,其中含有Ni2P相特征峰(111)和(201),如图3和图4所示。
取5mg所得最终产物磁场诱导合成Ni2P一维纳米链粉末分散在1mL乙醇中,然后加入50μL Nafion溶液,混合均匀,得到混合物。将混合物超声处理60min后,得到悬浮液;将40μL悬浮液滴在碳纸上(5×5mm),以达到1mg cm-2的质量负载,得到装饰在碳纸上的催化剂。
在1M KOH中进行HER分析之前溶液中,将N2气吹入溶液30min。使用传统的三电极配置系统(电化学工作站,VSP,Bio-Logic),其中,使用1M KOH水溶液(pH=13.7)用作电解质,Hg/HgO作为参比电极(Metrohm),碳棒用作对电极(万通),装饰在碳纸上的催化剂用作工作电极。
采用振动样品强磁计(VSM)测量样品的温室下的磁滞回线,通过对比可以看出,图5中 Ni2P在施加6T磁场下的饱和磁化强度(3.37emu/g)远大于0T磁场下的饱和磁化强度(0.28 emu/g),并且矫顽力也有提高,从175Oe上升到了228Oe。
如图6及图7所示,在1M KOH溶液中,当电流密度为10和100mA cm-2,0T磁场制备下Ni2P的过电位分别为316及520mV,Tafel斜率为208.2mV dec-1。当施加6T磁场时,Ni2P过电位分别为205及375mV,Tafel斜率为151.3mV·dec-1。
催化性能提升的原因在于材料导电性的提高,一维纳米链缩短了离子和电子的运动路径,大的比表面积增加了与电解液与活性位点接触的机会,有利于提高材料的导电性。
实施例2
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到硝酸镍溶液中,超声20min,充分溶解,得到反应溶液;其中,按摩尔比,硝酸镍中的镍:尿素=0.75:2.5;硝酸镍溶液的质量浓度为0.01g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,6℃/min的升温速率加热到180℃,保温6h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为5T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在50℃下干燥10h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=1:5称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,350℃下煅烧3h,得到磁场诱导合成Ni2P 一维纳米链。
实施例3
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到硝酸镍溶液中,电磁搅拌30min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,硝酸镍中的镍:尿素=0.8:3;硝酸镍溶液的质量浓度为0.02g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,4℃/min的升温速率加热到150℃,保温9h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为5T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在45℃下干燥11h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=0.8:6称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,320℃下煅烧2.5h,得到磁场诱导合成 Ni2P一维纳米链。
实施例4
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到硝酸镍溶液中,电磁搅拌45min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,硝酸镍中的镍:尿素=0.9:4;硝酸镍溶液的质量浓度为0.01g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,6℃/min的升温速率加热到160℃,保温7h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为5T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在55℃下干燥11h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=0.9:6称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,400℃下煅烧2h,得到磁场诱导合成 Ni2P一维纳米链。
实施例5
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到硝酸镍溶液中,电磁搅拌50min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,硝酸镍中的镍:尿素=1:5.5;硝酸镍溶液的质量浓度为0.015g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,5℃/min的升温速率加热到180℃,保温6h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为6T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在55℃下干燥8h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=1:6称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,300℃下煅烧4h,得到磁场诱导合成Ni2P 一维纳米链。
实施例6
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到氯化镍溶液中,电磁搅拌20min,超声10min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,氯化镍中的镍:尿素=1:6.5;氯化镍溶液的质量浓度为0.01g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,5℃/min的升温速率加热到120℃,保温12h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为6T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在60℃下干燥8h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=1.1:6称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,380℃下煅烧2.5h,得到磁场诱导合成 Ni2P一维纳米链。
实施例7
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到硫酸镍溶液中,电磁搅拌15min,超声15min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,硫酸镍中的镍:尿素=1.5:7;硫酸镍溶液的质量浓度为0.01g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,8℃/min的升温速率加热到180℃,保温6h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为6T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在40℃下干燥12h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=0.8:4称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,320℃下煅烧3.5h,得到磁场诱导合成 Ni2P一维纳米链。
实施例8
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,包括以下步骤:
步骤1:将尿素加入到乙酸镍溶液中,电磁搅拌30min,超声10min,得到反应溶液;其中,按摩尔比,乙酸镍中的镍:尿素=1.5:7.5;乙酸镍溶液的质量浓度为0.01g/mL;
步骤2:将反应溶液置于铜制的反应釜;将反应釜放置高磁场反应炉中,7℃/min的升温速率加热到140℃,保温10h,并且在刚施加温度时就一直维持匀强磁场,磁场强度为5.5 T。保温结束后,温度降至室温用去离子水和乙醇沉淀离心,将固态产物在60℃下干燥8h,得磷化镍前驱体;
步骤3:
按摩尔比,磷化镍前驱体:一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)=1.2:6称量物料,分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游,N2保护,一水合次磷酸钠为磷源,400℃下煅烧2h,得到磁场诱导合成 Ni2P一维纳米链。
对比例1
一种Ni2P的制备方法,同实施例1,不同之处在于,采用的磁场强度为0T,具体分析见其和实施例1的对比图,说明加入磁场能够显著的影响Ni2P形貌。
对比例2
一种Ni2P的制备方法,同实施例1,不同之处在于,采用的磁场强度分别为2T、4T,则所制备Ni2P的形貌为纳米颗粒状,或形成链条状雏形,但是并不能够形成一维纳米链结构,说明不仅仅是加入磁场,磁场强度也对Ni2P形貌有影响。
对比例3
一种Ni2P的制备方法,同实施例1,不同之处在于,采用的温度为90℃,待反应结束后离心,无产物析出,说明适当的形核温度,也对Ni2P的形貌有调节。
对比例4
一种Ni2P的制备方法,同实施例1,不同之处在于,采用的保温时间为4h,则制备出来的Ni2P形貌并未呈现链条状,说明不同保温的时间影响着Ni2P的形核长大过程,进而影响其形貌。
Claims (10)
1.一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,以镍盐和尿素为原料,施加磁场下,保温反应,得到磷化镍前驱体;
将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下,煅烧,得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。
2.一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1:以去离子水为溶剂,镍盐和尿素为原料,溶解混合均匀,得到反应溶液;按摩尔比,镍盐中的镍:尿素=(0.75~1.5):(2.5~7.5);
S2:将反应溶液置于反应釜中,外加匀强磁场,磁场强度为5~6T,在120~180℃保温6~12h,冷却、固液分离、固态产物洗涤、干燥,得到磷化镍前驱体;
S3:按摩尔比,磷化镍前驱体:次磷酸钠=(0.8~1.2):(4~6)称量物料,将磷化镍前驱体和次磷酸钠分别置于管式炉中,持续通入氮气,在300~400℃煅烧2~4h,冷却,得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。
3.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,所述的S1中,按质量比,镍盐:去离子水=(0.6~1.4):60;
和/或,镍盐为六水合硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍的一种或几种;
和/或,溶解混合均匀采用超声和/或机械搅拌,其中,超声时间为10~20min,机械搅拌时间为30~60min。
4.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,反应釜的升温速率为4~8℃/min;
和/或,干燥温度为40~60℃,干燥时间为8~12h。
5.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,所述的S3中,所述的次磷酸钠为一水合次磷酸钠;
和/或,通入氮气的流量为50~80cc/min;
和/或,管式炉升温速率为1~3℃/min。
6.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法,其特征在于,所述的S3中,分别将磷化镍前驱体和次磷酸钠置于瓷舟中,并将装有物料的瓷舟置于管式炉中,其中,装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游,装有一水合次磷酸钠的瓷舟置于管式炉的气路上游。
7.一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链,其特征在于,采用权利要求1~6任意一项所述的制备方法制得;所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的比表面积为45~60m2 g-1,宽度为1~4μm,长度为20~50μm。
8.权利要求7所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的应用,其特征在于,将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链作为在电催化析氢反应中的催化剂。
9.根据权利要求8所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的应用,其特征在于,所述的电催化析氢反应中的催化剂的制备方法为:将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链和Nafion溶液混合,并以0.5~1mg/cm2负载在碳纸上,按固液比,磁场诱导合成Ni2P一维纳米链:Nafion溶液=(4~6)mg:(40~60)μL。
10.根据权利要求8所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的应用,其特征在于,在电催化析氢反应中,在10~200mA cm-2电流密度下,电催化析氢反应中的催化剂的过电位为205~408mV,并且在24h的测试中保持较好的稳定性。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210008154.XA CN114195108B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210008154.XA CN114195108B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114195108A true CN114195108A (zh) | 2022-03-18 |
CN114195108B CN114195108B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=80658077
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210008154.XA Active CN114195108B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114195108B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114950506A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-08-30 | 南京信息工程大学 | 一种Ni2P/ZnIn2S4异质结光催化剂制备方法及其应用 |
CN117735500A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 江苏中鲈科技发展股份有限公司 | 磷化二镍催化剂及其制备方法和在电催化析氢过程中的应用 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050214190A1 (en) * | 2004-03-25 | 2005-09-29 | Seoul National University | Method of synthesizing nanorods by reaction of metal-surfactant complexes injected using a syringe pump |
CN105016319A (zh) * | 2015-08-04 | 2015-11-04 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 三维多孔海胆状磷化钴及其制备方法与应用 |
WO2016172603A1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-10-27 | Western Washington University | Nanoscale nickel phosphide catalysts for hydrotreatment |
CN107201600A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-09-26 | 清华大学深圳研究生院 | 一种无纺布及其制备方法 |
CN108847486A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级结构的磷化镍微球的制备方法 |
CN112591724A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 陕西科技大学 | 一种磷化二铁镍催化剂的制备方法 |
CN113072044A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 安徽师范大学 | 一种核壳结构FeP纳米链及其制备方法和在电池中的应用 |
CN113289650A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-24 | 华东师范大学 | 一种双金属磷化物-炭电催化析氢材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-05 CN CN202210008154.XA patent/CN114195108B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050214190A1 (en) * | 2004-03-25 | 2005-09-29 | Seoul National University | Method of synthesizing nanorods by reaction of metal-surfactant complexes injected using a syringe pump |
WO2016172603A1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-10-27 | Western Washington University | Nanoscale nickel phosphide catalysts for hydrotreatment |
CN105016319A (zh) * | 2015-08-04 | 2015-11-04 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 三维多孔海胆状磷化钴及其制备方法与应用 |
CN107201600A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-09-26 | 清华大学深圳研究生院 | 一种无纺布及其制备方法 |
CN108847486A (zh) * | 2018-06-12 | 2018-11-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种多级结构的磷化镍微球的制备方法 |
CN112591724A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-02 | 陕西科技大学 | 一种磷化二铁镍催化剂的制备方法 |
CN113072044A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-06 | 安徽师范大学 | 一种核壳结构FeP纳米链及其制备方法和在电池中的应用 |
CN113289650A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-24 | 华东师范大学 | 一种双金属磷化物-炭电催化析氢材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
PARK, J ET AL.: "Generalized synthesis of metal phosphide nanorods via thermal decomposition of continuously delivered metal-phosphine complexes using a syringe pump", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 * |
杨乾彭: "自支持过渡金属化合物纳米结构的合成及其析氢电催化性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
鄢景森;张闯;曹飞飞;王晓敏;罗旭东;: "磷化镍微纳米材料的水热合成与表征", 化学世界 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114950506A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-08-30 | 南京信息工程大学 | 一种Ni2P/ZnIn2S4异质结光催化剂制备方法及其应用 |
CN114950506B (zh) * | 2022-06-28 | 2023-09-19 | 南京信息工程大学 | 一种Ni2P/ZnIn2S4异质结光催化剂制备方法及其应用 |
CN117735500A (zh) * | 2024-02-19 | 2024-03-22 | 江苏中鲈科技发展股份有限公司 | 磷化二镍催化剂及其制备方法和在电催化析氢过程中的应用 |
CN117735500B (zh) * | 2024-02-19 | 2024-06-04 | 江苏中鲈科技发展股份有限公司 | 磷化二镍催化剂及其制备方法和在电催化析氢过程中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114195108B (zh) | 2023-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110694616B (zh) | 一种普适性制备负载型金属单原子/金属纳米颗粒的方法 | |
CN114195108B (zh) | 一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用 | |
CN104307530B (zh) | 一种氧化石墨烯基稀土复合物催化材料及其制备方法 | |
Yuan et al. | A MOF-derived CuCo (O)@ carbon–nitrogen framework as an efficient synergistic catalyst for the hydrolysis of ammonia borane | |
CN108054371A (zh) | 一种高振实密度、高倍率与长寿命富锂锰基正极材料及其制备方法 | |
US11732370B2 (en) | Core-shell FE2P@c-FE3C electrocatalyst and preparation method and application thereof | |
CN110745784B (zh) | 一种金属氧化物纳米颗粒及其制备方法和应用 | |
CN112086648A (zh) | 一种合成AuPd@C材料用于氧还原反应电催化的方法 | |
CN111403757A (zh) | 燃料电池用碳载铂钴铬有序结构催化剂及其制备方法 | |
CN113101955A (zh) | 一种磷化铁纳米材料的制备方法及其作为电催化剂的应用 | |
Wang et al. | Recent advances in catalyst design and activity enhancement induced by a magnetic field for electrocatalysis | |
Kang et al. | Nitrogen-doped carbon-encapsulated SmFeOx bimetallic nanoparticles as high-performance electrocatalysts for oxygen reduction reaction | |
CN108971509A (zh) | 一种可控粒径的铁镍合金纳米材料的制备方法 | |
CN112076764A (zh) | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 | |
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 | |
CN103349993A (zh) | 一种合成可磁分离的氮化铁基磁性纳米光催化剂的方法 | |
CN108531932B (zh) | 一种空心碳球封装Ru纳米颗粒电解水催化剂及其制备方法 | |
CN110652992A (zh) | 一种用于电催化产氢的中空氧化物/磷化物碳包覆复合材料的合成方法及应用 | |
CN113046765B (zh) | 一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法 | |
CN113072044B (zh) | 一种核壳结构FeP纳米链及其制备方法和在电池中的应用 | |
CN110042423A (zh) | 金点阵修饰的氢氧化钴的制备方法 | |
CN114471545A (zh) | 一种贵金属-氧化石墨烯基复合催化剂及其制备方法 | |
CN113976120A (zh) | 一种高活性CoB催化剂的制备方法 | |
CN114657600B (zh) | 一种3D微米花复合材料Fe-CoP@C及其制备方法和应用 | |
CN114506851B (zh) | 一种室温铁磁性半导体及其制备方法、用途 |
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 |