CN115432754B - 一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物的制备方法，包括原料处理、高温固相合成、淬火处理等步骤。本发明还公开一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物，其采用如上所述的方法制备而成。

Description

一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及电催化剂，具体涉及一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物的制备方法。
技术背景
随着矿产资源的进一步消耗，如何开发绿色可持续能源成为大家的关注点之一。其中，氢能由于燃值高，产物无污染受到大家的广泛关注。通过电解水产生氢气是制备氢能的重要手段。而析氢电催化剂能有效地提高电解水产生氢气的效率。
目前，Pt是综合性能最好的析氢电催化剂，然而，Pt价格昂贵，元素储量极少，Pt无法大规模应用于催化析氢领域。一些过渡金属的化合物表现出一定的析氢催化性能，但这些过渡金属化合物的析氢催化性能较为低下，尤其是在大的交换电流密度下过电位很高，仍然无法满足实际应用的要求。因此，寻找廉价、高活性的析氢电催化剂是大规模获得氢能的关键。
增加催化活性位点是增强催化剂催化活性的重要手段。构造空位是提高催化活性的手段之一，然而高浓度的空位往往很难获得。Ni3S2是一种廉价的电催化剂，具有取代Pt的潜力。目前报道的Ni3S2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低过电位的含高浓度Ni空位的镍硫化合物。本发明还提供一种制备含高浓度Ni空位的镍硫化合物的方法。
本发明提出的制备所述的含高浓度Ni空位的镍硫化合物，包括以下步骤：称取1克的镍粉放在石英管的底部，用真空分管设备抽去石英管内的空气后，用液氮对石英管进行冷却，然后通过真空封管设备缓慢地将10毫升的液氨引入石英管内，摇晃石英管使得液氨和镍粉混合均匀后，摇晃十分钟之后缓慢将液氨抽走，将获得的样品在手套箱内用研钵研磨均匀；在手套箱内称取0.27克上述处理后的镍粉放置在研钵内，向研钵中加入0.25克的硫粉，使得镍和硫元素的摩尔比为2.7：2，在研钵内将这两种粉末混合均匀；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。
本发明提出的一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物Ni2.7S2，用于酸性条件下电催化析氢反应时，在交换电流密度为-10 mA/cm2时，过电位为170 mV，明显优于不含Ni空位的Ni3S2。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为按实施例和对比例的方法制备的样品的X射线粉末衍射谱。
图2为按实施例和对比例的方法制备的样品的电催化析氢过电位图。
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。
本实施例的具体步骤如下：称取1克的镍粉放在石英管的底部，用真空分管设备抽去石英管内的空气后，用液氮对石英管进行冷却，然后通过真空封管设备缓慢地将10毫升的液氨引入石英管内，摇晃石英管使得液氨和镍粉混合均匀后，摇晃十分钟之后缓慢将液氨抽走，将获得的样品在手套箱内用研钵研磨均匀；在手套箱内称取0.27克上述处理后的镍粉放置在研钵内，向研钵中加入0.25克的硫粉，使得镍和硫元素的摩尔比为2.7：2，在研钵内将这两种粉末混合均匀；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：称取0.27克的镍粉放置在研钵内，向研钵中加入0.25克的硫粉，使得镍和硫元素的摩尔比为2.7：2，在研钵内将这两种粉末混合均匀；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后取出，将石英管内的样品取出研磨成粉末。
下面结合附图，通过具体实施例和对比例，进一步阐述本发明。
图1为按实施例和对比例的方法制备的样品的X射线粉末衍射谱，实施例所制备的样品与Ni3S2的衍射峰有很好地对应关系。根据EDX的结果进一步确认Ni：S的原子比为2.69：2，说明确实形成了含高浓度Ni空位的镍硫化合物Ni2.7S2。而按照对比例所制备的样品的X射线粉末衍射谱的数据表明，对比例的样品为无Ni空位的Ni3S2和缺Ni的杂相NixS6。图2为按实施例和对比例的方法制备的样品的酸性条件下电催化析氢过电位图，实施例的样品在交换电流密度为-10 mA/cm2时，过电位为170 mV，明显优于对比例的样品的过电位362 mV。
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)

1.一种含高浓度Ni空位的镍硫化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称取1克的镍粉放在石英管的底部，用真空分管设备抽去石英管内的空气后，用液氮对石英管进行冷却，然后通过真空封管设备缓慢地将10毫升的液氨引入石英管内，摇晃石英管使得液氨和镍粉混合均匀后，摇晃十分钟之后缓慢将液氨抽走，将获得的样品在手套箱内用研钵研磨均匀；在手套箱内称取0.27克上述处理后的镍粉放置在研钵内，向研钵中加入0.25克的硫粉，使得镍和硫元素的摩尔比为2.7：2，在研钵内将这两种粉末混合均匀；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.含高浓度Ni空位的镍硫化合物，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所述的含高浓度Ni空位的镍硫化合物，其特征在于，应用于电催化析氢领域。
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