CN106410214A - 一种高比表面积的NiS2催化剂的制备方法 - Google Patents

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张亚彬
余建国
赵永男
覃发梅
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Abstract

本发明公开了一种合成高比表面积的NiS2催化剂的制备方法，包括以下步骤：将硫化钠，氯化镍混合分散在水溶液中，并且调节溶液的pH，搅拌，水热，过滤，洗净烘干即可得到高比表面积的NiS2催化剂。本发明制备的NiS2催化剂比表面积达到215.8m2g‑1，高的比表面积有利于提高催化剂在氢氧化钠溶液中，对乙醇氧化的电催化性能，而且方便传质。此外NiS2催化剂材料来源低廉，制备过程简单，是一种用于直接乙醇燃料电池阳极的新型高性能催化剂。

Description

一种高比表面积的NiS2催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种乙醇催化氧化剂的制备方法，具体涉及一种高比表面积的NiS2催化剂的制备方法。
背景技术
近些年来，能源短缺和环境污染是当今世界面临的两大难题，直接燃料电池以其具有燃料来源广、能量转化率高、低污染、储存和运输方便等优点，在便携式电源、电动机车等领域具有广阔的应用前景，已经得到了世界范围的关注和重视。直接液体燃料电池可以利用甲醇作燃料，但甲醇有一定的毒性，因此必须探索新的液体以替代有毒的甲醇，乙醇可再生，且无毒、来源丰富、使用安全，实际应用潜力巨大，可以替代直接甲醇燃料电池。但是，电极电催化剂的活性较低及高昂的价格仍是阻碍燃料电池商业化发展的关键问题之一。提高催化剂活性、降低贵金属用量是推动燃料电池商业化发展的重要途径。
目前，研究最多的直接乙醇燃料电池催化剂仍是铂和钯类材料。Wang等人用碳纤维布支撑用钯-钴纳米管阵列为催化剂，电催化氧化乙醇。(Angewandte ChemieInternational Edition，2015，54(12)：3669-3673)这些材料资源稀少，价格昂贵，且催化过程中易中毒导致催化活性降低，运行寿命短，其大规模商业化应用受到了严重的制约。
因此，使催化剂电催化活性提高，成本更加降低，是直接乙醇燃料电池研究开发的重要内容。然而，催化剂的比表面积是催化活性一个重要关键因素。因为较高的比表面积方便传质和扩散。例如，Wang等人设计了分层NiCo2O4@Ni3S2核/壳阵列具有高比表面积、低的电荷传递电阻和好的电容。(Journal of Materials Chemistry A2(2014)17595-17601)Das等人将NiCo2O4负载在石墨烯上提高电催化氧化乙醇的性能。(Nanoscale，2014，6(18)：10657-10665)本发明利用硫化钠和氯化镍形成了一种非贵金属催化剂，这对提高直接乙醇燃料电池等能源转换装置商业化发展有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高比表面积的NiS2催化剂的制备方法，制备的催化剂对乙醇氧化催化活性和长期稳定性有所提高，并且实用过程中应用的乙醇价格低廉，方便携带，且无毒，具备较高的实用价值。
本发明的一种高比表面积的NiS2催化剂的制备方法包括以下步骤：将硫化钠，氯化镍和水以质量比1∶0.2～0.6∶20混合分散在水溶液中，并且调节pH 4～7，搅拌时间1～2h，之后进行水热，水热温度为120～160℃，水热时间保持8～12h，把水热后的样品过滤，然后放入蒸馏水中煮沸，过滤洗涤至中性，于60～100℃干燥1～10h即得到高比表面积的NiS2催化剂。本文中NiS2催化剂的比表面积可达到215.8m2g-1，还有更多的介孔有利于传质，提高电催化性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清晰，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1制备的高比表面积的NiS2催化剂的SEM图；
图2为实施例1制备的高比表面积的NiS2催化剂的XRD图；
图3为实施例1制备的高比表面积的NiS2催化剂在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循环伏安曲线图；
图4为实施例1制备的高比表面积的NiS2催化剂的氮气吸脱附曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种高比表面积的NiS2催化剂制备方法，包括如下步骤：分别将1.6g硫化钠、0.7g氯化镍和70ml水置于100ml烧杯中，并且调节pH至4，搅拌时间2h，之后进行水热，水热温度为120，水热时间保持10h，把水热后的样品过滤，然后放入蒸馏水中煮沸，过滤洗涤至中性，于60℃干燥10h即得到高比表面积的NiS2催化剂。图1为制备高比表面积的NiS2催化剂的SEM图。从图中明显的看出纳米球，而且这些球是以小颗粒堆积而成，分散比较均一。图2为催化剂的XRD图。对XRD图分析中，峰值分别在31.5°，35.3°，38.8°，45.1°和53.5°分别对应于NiS2的(200)，(210)，(211)，(220)和(311)晶面，说明通过实施例1的制备方法得到了高比表面积的NiS2催化剂。图3为催化剂在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循环伏安曲线图。可以看出高比表面积的NiS2催化剂表现出高的电流密度(45mA cm-2)和高的比表面积(215.8m2g-1)，说明实施例1制备的高比表面积的NiS2催化剂具有优良的乙醇氧化催化性能，并且通过测试计时安培，可以得到很高的反应速率。循环500圈以后，仍能保持很好的稳定性。
实施例2
一种高比表面积的NiS2催化剂制备方法，包括如下步骤：分别将1.6g硫化钠、0.7g氯化镍和70ml水置于100ml烧杯中，并且调节pH至5，搅拌时间2h，之后进行水热，水热温度为120，水热时间保持10h，把水热后的样品过滤，然后放入蒸馏水中煮沸，过滤洗涤至中性，于60℃干燥10h即得到高比表面积的NiS2催化剂。用此方法制备的催化剂相对于实例1来说，颗粒团聚的比较厉害，并且分布不均匀，电流密度(37mA cm-2)和比表面积(130.2m2g-1)明显下降，其电催化性能不是特别好。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制，在本发明技术方案中所采用的各组分的质量比范围内，还可以作出若干修改和改进，这些修改和改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.高比表面积的NiS2催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将硫化钠，氯化镍混合分散在水溶液中，并且调节溶液的pH，搅拌，水热，过滤，洗净烘干即可得到高比表面积的NiS2催化剂。
2.根据权利要求1所述的高比表面积的NiS2催化剂，其特征在于，所述硫化钠、氯化镍和水的质量比1∶0.2～0.6∶20。
3.根据权利要求1所述的高比表面积的NiS2催化剂，其特征在于，调节pH 4～7，温度为室温。
4.根据权利要求1所述的高比表面积的NiS2催化剂，其特征在于，搅拌时间1～2h，温度为室温。
5.根据权利要求1所述的高比表面积的NiS2催化剂，其特征在于，水热温度为120～160℃，水热时间保持8～12h。
6.根据权利要求1所述的高比表面积的NiS2催化剂，所述的洗净烘干过程为：把水热后的样品过滤，之后放入蒸馏水中煮沸，过滤洗涤至中性，然后60～100℃干燥1～10h。
7.根据权利要求1-6所制备NiS2催化剂比表面积达到215.8m2g-1，高的比表面积有利于传质和扩散，并且能够提高乙醇的电催化性能。在电催化过程中，表现出高的电流密度(在0.1M NaOH+.0.5M C2H5OH中，电流密度可达到45mA cm -2)和很好的稳定性(循环500圈后，在新的电解液中，电流密度仍能保持90.1％)。这些良好的性能与催化剂的结构息息相关。通过本方法可制备高比表面积和较纯净的NiS2。
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