CN115321612B - 一种单原子和空位共存的镍硫化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单原子和空位共存的镍硫化合物的制备方法，该方法为：称取原料和球磨处理；高温固相合成反应；热处理。本发明还公开一种单原子和空位共存的镍硫化合物，其采用如上所述的方法制备而成。

Description

一种单原子和空位共存的镍硫化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种制备单原子和空位共存的镍硫化合物的方法及利用该方法制备的化合物。
背景技术
近年来，通过电催化分解水的方法获得绿色能源氢能是当今世界的一个核心话题。电催化分解水反应分为两个部分，析氢过程和析氧过程。基于镍硫化合物的析氢电催化剂由于不含贵金属且地球储量丰富受到广泛的关注。目前已经报道的镍硫电催化剂电化学活性位点数量有限,其本身催化活性仍未达到广泛应用的要求。因此，如何提高活性位点数量，是提高镍硫化合物的催化析氢性能的一个关键问题。而在化合物中引入单原子杂质和空位都是提高活性位点数量的重要手段。目前报道的Ni3S2镍硫化合物主要是通过水热的方式制备的，往往需要过量的镍源，因此也很难形成镍空位。
发明内容
本发明的目的在于公开一种具有优异电催化析氢活性的单原子和空位共存的镍硫化合物Ni2.8Ru0.02S2。本发明还提供一种制备单原子和空位共存的镍硫化合物Ni2.8Ru0.02S2的方法。
本发明的实现包括以下步骤：将镍粉、钌粉和硫粉按摩尔比140：1：100的比例称取，原料的总质量为1克，将称量好的原料密封在微型球磨仪的球磨管中，球磨速度为4000转每分钟，球磨2分钟，静止10分钟，重复球磨5遍，使原料混合均匀；将混合好的原料转移到手套箱内，将粉末倒入直径为10毫米的不锈钢模具中，使用压片机在一定的压力下，将其压制成小圆片；将一定量的石英棉装入石英管内，将小圆片装入氧化铝坩埚中，并盖上坩埚盖，将坩埚放入石英管内；利用封管设备中的真空泵将石英管抽成真空后，充入0.2个大气压的氩气，然后用氢氧机将石英管密封；将密封好的石英管放入马弗炉内，设置10小时升温到900℃，保温5天；保温结束后，将石英管取出，迅速淬火到冰水中；将石英管内的样品取出研磨成粉末。
与现有技术相比，本发明所述的样品制备方法具有以下的优点：所制备的Ni2.8Ru0.02S2化合物中同时存在Ru单原子和Ni空位；所制备的Ni2.8Ru0.02S2化合物电催化析氢性能优异，在10 mA/cm-2的电流密度下具有165 mV的过电位。
附图说明
图1为按照对比例和实施例的方法制备的镍硫化合物的XRD图谱。
图2为按照对比例和实施例的方法制备的镍硫化合物的过电位曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做出进一步的具体说明，但本发明并不局限于下述实例。
实施例：将镍粉、钌粉和硫粉按摩尔比140：1：100的比例称取，原料的总质量为1克，将称量好的原料密封在微型球磨仪的球磨管中，球磨速度为4000转每分钟，球磨2分钟，静止10分钟，重复球磨5遍，使原料混合均匀；将混合好的原料转移到手套箱内，将粉末倒入直径为10毫米的不锈钢模具中，使用压片机在一定的压力下，将其压制成小圆片；将一定量的石英棉装入石英管内，将小圆片装入氧化铝坩埚中，并盖上坩埚盖，将坩埚放入石英管内；利用封管设备中的真空泵将石英管抽成真空后，充入0.2个大气压的氩气，然后用氢氧机将石英管密封；将密封好的石英管放入马弗炉内，设置10小时升温到900℃，保温5天；保温结束后，将石英管取出，迅速淬火到冰水中；将石英管内的样品取出研磨成粉末。
为了说明本实施例的技术效果，按照以下步骤制备样品作为本实施例的对比例：将镍粉和硫粉按摩尔比150：100的比例称取，原料的总质量为1克，将称量好的原料密封在微型球磨仪的球磨管中，球磨速度为4000转每分钟，球磨2分钟，静止10分钟，重复球磨5遍，使原料混合均匀；将混合好的原料转移到手套箱内，将粉末倒入直径为10毫米的不锈钢模具中，使用压片机在一定的压力下，将其压制成小圆片；将一定量的石英棉装入石英管内，将小圆片装入氧化铝坩埚中，并盖上坩埚盖，将坩埚放入石英管内；利用封管设备中的真空泵将石英管抽成真空后，充入0.2个大气压的氩气，然后用氢氧机将石英管密封；将密封好的石英管放入马弗炉内，设置10小时升温到900℃，保温5天；保温结束后，将石英管冷却到室温；将石英管内的样品取出研磨成粉末。
为了说明本实施例的技术效果，对按实施例和对比例的样品进行了表征。图1是按对比例和实施例的XRD图谱，可以看到对比例的样品结晶性好，且衍射峰与Ni3S2（PDF＃44-1418）的标准卡片的峰一一对应，没有杂相。实施例样品的衍射峰的强度明显变弱，且衍射峰宽化，说明实施例样品由于Ru单原子的掺杂和Ni空位的存在使得结晶性发生变化。根据EDX的结果进一步确认Ni：Ru：S的原子比为143：1：98，说明确实形成了Ru单原子和Ni空位共存的镍硫化合物Ni2.8Ru0.02S2。图2是按对比例Ni3S2和实施例的Ni2.8Ru0.02S2化合物的过电位曲线图，可以看到实施例Ni2.8Ru0.02S2的在10 mA/cm2 电流密度下的过电位为165 mV，明显优于对比例的343 mV的过电位。本发明还公开了一种Ru单原子和Ni空位共存的镍硫化合物Ni2.8Ru0.02S2，其采用如实施例所述的方法制备而成。
需要声明的是，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单原子和空位共存的镍硫化合物的制备方法，包括如下步骤：将镍粉、钌粉和硫粉按摩尔比140：1：100的比例称取，原料的总质量为1克，将称量好的原料密封在微型球磨仪的球磨管中，球磨速度为4000转每分钟，球磨2分钟，静止10分钟，重复球磨5遍，使原料混合均匀；将混合好的原料转移到手套箱内，将粉末倒入直径为10毫米的不锈钢模具中，使用压片机在一定的压力下，将其压制成小圆片；将一定量的石英棉装入石英管内，将小圆片装入氧化铝坩埚中，并盖上坩埚盖，将坩埚放入石英管内；利用封管设备中的真空泵将石英管抽成真空后，充入0.2个大气压的氩气，然后用氢氧机将石英管密封；将密封好的石英管放入马弗炉内，设置10小时升温到900℃，保温5天；保温结束后，将石英管取出，迅速淬火到冰水中；将石英管内的样品取出研磨成粉末。
2.一种单原子和空位共存的镍硫化合物，其特征在于，采用如权利要求1中的方法制备而成。
3.一种如权利要求2所述的单原子和空位共存的镍硫化合物，其特征在于，用于电催化析氢领域。
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