CN112076764A - 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 - Google Patents
镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112076764A CN112076764A CN202011072481.9A CN202011072481A CN112076764A CN 112076764 A CN112076764 A CN 112076764A CN 202011072481 A CN202011072481 A CN 202011072481A CN 112076764 A CN112076764 A CN 112076764A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- doped
- fes
- pyrrhotite
- reaction kettle
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052952 pyrrhotite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 49
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 43
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims abstract description 23
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical class [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 6
- URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N Para-Xylene Chemical group CC1=CC=C(C)C=C1 URLKBWYHVLBVBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 102000005298 Iron-Sulfur Proteins Human genes 0.000 description 2
- 108010081409 Iron-Sulfur Proteins Proteins 0.000 description 2
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 2
- 238000005580 one pot reaction Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 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
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012847 fine chemical Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 229910052960 marcasite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution 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
- B01J27/043—Sulfides 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
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- 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
-
- 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
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- 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
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于电催化分解水技术领域，公开了一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用，采用一锅煮方法合成此类化合物并应用于电催化分解水领域。将五羰基铁，升华硫粉和醋酸镍在氮气保护下溶于一定量的有机溶剂中，室温下搅拌一段时间使其充分溶解，将上述溶液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；待反应釜冷却至室温后，对反应溶液进行离心操作，得到黑色沉淀，将所得黑色沉淀经超声处理以及采用无水乙醇和水洗涤数次；离心收集。最后真空冷冻干燥得镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米催化剂。本发明的所需原料廉价易得，制备方法简单，成本低廉，有望在更广泛的新兴领域发挥重要作用。
Description
技术领域
本发明属于电催化分解水技术领域，尤其涉及一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用。
背景技术
目前：全球能源问题和环境污染促使人们对开发可再生和清洁能源进行了深入研究。电化学水分解法是生产氢的有前途的技术，氢是一种可再生，安全且环保的能源。电化学水分解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)。氧气析出反应(OER)引起了特别的兴趣。但是，总体效率受到OER的四电子转移过程的动力学缓慢的严格限制，从而导致水分解中的驱动单元电压为1.8-2.0V，而不是理论热力学要求的1.23V。因此，高性能的OER催化剂对于降低能垒和平滑电极反应至关重要。目前，贵金属氧化物(例如IrO2和RuO2被认为是OER的最有效催化剂，Pt被认为是HER的有效催化剂)由于其巨大的成本和储备稀缺性，因此不适合大规模应用。在这方面，非常需要开发用于水分解的高效且无贵金属的电催化剂。
作为非贵金属电催化剂，磁黄铁矿FeS类化合物已成为一种有潜力的低成本材料，对OER具有很高的催化性能。用额外的金属原子掺杂金属催化剂是增强电催化剂活性的重要途径。镍掺杂是有利的，因为它可以提高电子传输能力并提供更多的活性位点。
近年来，随着科技的发展，铁硫化合物在离子电池和电催化分解水等领域的应用越来越广泛，报道了镍掺杂的FeS2纳米球作为钠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。通过掺杂过渡金属原子以提高铁硫化合物电催化性的报道也相继出现，报道了镍掺杂的FeS2在酸性条件下可以有效地加速析氢反应的进行，报道了掺杂钴的黄铁矿(FeS2)纳米催化剂，在酸性条件下可以催化分解水产氢，表明可通过扩展生产低成本和高效的电化学析氢催化剂。这些报道表明镍掺杂的铁硫化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，现有技术存在的问题及缺陷为：目前贵金属氧化物由于其巨大的成本和储备稀缺性，不适合大规模应用。目前铁硫类化合物的合成需要提纯后的精细化学品作为原料，增加了合成成本和时间。
铁是自然界中储量最丰富的金属元素之一，并且价格低廉，用非贵金属硫化物催化剂代替贵金属催化剂，可以降低合成成本，用合成羰基铁粉的工业副产物作为反应原料来合成铁硫类催化剂，可以确保原料的充足，使其可以批量工业化生产。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用。
本发明是这样实现的，一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，将硫粉和醋酸镍在氮气保护下溶解于一定量的有机溶剂中，搅拌溶解后，将五羰基铁滴加至溶液并搅拌得到褐色溶液。将所得褐色溶液转移至不锈钢反应釜中，保温后自然冷却；离心得到黑色产物，将黑色产物在超声处理下用去离子水和乙醇洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥，即得纳米材料。
进一步，所述镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
第一步，准确称量0-0.5g的醋酸镍和升华硫粉置于二口烧瓶中，在氮气保护下加入35ml有机溶剂将其溶解混合，将0.5-5ml的五羰基铁逐滴滴加至上述溶液，搅拌得到褐色溶液；不同量的醋酸镍的加入可以生成不同比例的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒。
第二步，将上述溶液转移到不锈钢高压反应釜中，将高压反应釜转移至烘箱中，将温度调至100℃-250℃，保持10-24小时；不同的反应物温度可以获得形貌不同的催化剂。
第三步，待高压反应釜冷却至室温，将所得混合物进行离心处理，得到黑色沉淀物，再将此黑色沉淀物进行超声处理，并用醇和水洗涤数次，在真空干燥机中干燥2-4小时，得到镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒。真空冻干对生成均匀分散的纳米片至关重要。
进一步，所述第一步反应物比例混合中，五羰基铁的体积、有机溶剂的体积、硫粉的质量、醋酸镍的质量的混合比例分别为a:b:c:d，其中0≤a≤10；10≤b≤50；0≤c≤20；0≤d≤5。
进一步，所述第三步离心收集过程中，离心转速为12000转/分，离心时间为10分钟。
进一步，所述第三步处理过程中，对产物进行真空冻干，冻干时间为2-4小时。
本发明的另一目的在于提供一种由所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法制备的镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒。
本发明的另一目的在于提供一种所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒在电化学分解水产氢催化中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒在电化学分解水产氧催化中的应用。
本发明的另一目的在于提供一种由所述镍掺杂FeS纳米颗粒制备的电极。
本发明的另一目的在于提供一种由所述镍掺杂FeS纳米颗粒制备及其在电池中的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明以有机试剂作为溶剂，通过调控反应前所加入铁源前驱体和镍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镍掺杂的FeS材料，有望在更广泛的新兴领域发挥重要作用，如电催化和钠离子电池等领域。
本发明为简单的溶剂热合镍掺杂的FeS纳米颗粒材料的方法，以将硫粉和醋酸镍溶解在有机溶剂中，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，即为镍掺杂的FeS纳米颗粒。本发明的成本低廉，操作简单。通过简单的“一锅煮”水热反应即可得到镍掺杂的FeS纳米颗粒。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
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的实施例1制备的Fe0.95-xNixS1.05的XRD图谱。
图3是本发明实施例提供的实施例1制备的Fe0.8Ni0.15S1.05的SEM图谱，样品为3D纳米片团簇形状。
图4是本发明实施例提供的SEM mapping图谱可以看出三种元素的均匀分布。
图5(a)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的极化曲线示意图。
图5(b)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能在10mA cm-2处的过电势示意图。
图5(c)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能催化剂的Tafel斜率图。
图5(d)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的阻抗图。
图5(e)和图5(f)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的稳定性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒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，本发明提供的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
S101：将硫粉和醋酸镍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无水乙醇和水洗涤数次；在冷冻干燥机内干燥得到镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒。
本发明实施例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒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10-50mg；50-100mg；100-200mg的醋酸镍的溶于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℃-240℃的烘箱中，保持6-24小时；
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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥1-4小时获得黑色产物。
在本发明的优选实施例中，所述第一步的“一锅煮”过程中，五羰基铁的体积、有机溶剂的体积、硫粉的质量、醋酸镍的质量的混合比例分别为a:b:c:d，其中0≤a≤10；10≤b≤50；0≤c≤20；0≤d≤5。
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/分，离心时间为1-10分钟。
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/分。
本发明提供的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒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的本发明提供的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒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：
本发明实施例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与40mg；80mg；160mg的醋酸镍的溶于35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入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210℃的烘箱中，保持16小时；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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2小时获得黑色产物。
实施例2：
本发明实例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：首先将0.5g的升华硫粉在氮气保护下分别与40mg；80mg；160mg的醋酸镍的溶于35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入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210℃的烘箱中，保持16小时；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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2小时获得黑色产物。
实施例3：
本发明实施例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与40mg；80mg；160mg的醋酸镍的溶于35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入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210℃的烘箱中，保持16小时；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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2小时获得黑色产物。
实施例4：
本发明实施例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与40mg；80mg；160mg的醋酸镍的溶于35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入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16小时；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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2小时获得黑色产物。
实施例5：
本发明实施例提供的镍掺杂的FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：首先将0.33g的升华硫粉在氮气保护下分别与40mg；80mg；160mg的醋酸镍的溶于35mL有机溶剂中，并充分搅拌。然后在氮气保护下逐滴加入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210℃的烘箱中，保持24小时；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，并采用无水乙醇和水交替洗涤数次，最后经过离心收集，在真空冷冻干燥机中干燥2小时获得黑色产物。
与现有技术相比，本发明通过五羰基铁、硫粉和醋酸镍在对二甲苯溶剂中共热一步合成了铁镍双金属催化剂。本发明介绍的结果可能为发现有效的双功能且低成本的水电解电催化剂材料提供新的机会。图5(a)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的极化曲线示意图。图5(b)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能在10mA cm-2处的过电势示意图。图5(c)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能催化剂的Tafel斜率图。图5(d)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的阻抗图。图5(e)和图5(f)是本发明实施例提供的实施例1制备的不同比例镍掺杂的FeS纳米颗粒催化剂在1M KOH中对析氧反应的电催化性能的稳定性示意图。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法将硫粉和醋酸镍在氮气保护下溶解于一定量的有机溶剂中，搅拌溶解后，将五羰基铁滴加至溶液并搅拌得到褐色溶液；将所得褐色溶液转移至不锈钢反应釜中，保温后自然冷却；离心得到黑色产物，将黑色产物在超声处理下用去离子水和乙醇洗涤，并在真空冷冻干燥机中干燥，即得纳米材料。
2.如权利要求1所述的镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
第一步，准确称量0-0.5g的醋酸镍和升华硫粉置于双口烧瓶中，在氮气保护下加入35ml有机溶剂将其溶解混合，将0.5-5ml的五羰基铁逐滴滴加至上述溶液，搅拌得到褐色溶液；
第二步，将上述溶液转移到不锈钢高压反应釜中，将高压反应釜转移至烘箱中，将温度调至100℃-250℃，保持10-24小时；
第三步，待高压反应釜冷却至室温，将所得混合物进行离心处理，得到黑色沉淀物，再将此黑色沉淀物进行超声处理，并用醇和水洗涤数次，在真空干燥机中干燥2-4小时，得到镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒。
3.如权利要求2所述的镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述第一步反应物比例混合中，五羰基铁的体积、有机溶剂的体积、硫粉的质量、醋酸镍的质量的混合比例分别为a:b:c:d，其中0≤a≤10；10≤b≤50；0≤c≤20；0≤d≤5。
4.如权利要求1所述的镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述第三步离心收集过程中，离心转速为12000转/min，离心时间为10分钟。
5.如权利要求1所述的镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述第三步处理过程中，对产物进行真空冻干，冻干时间为2-4小时。
6.一种由权利要求1～5任意一项所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法制备的镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒。
7.一种如权利要求6所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒在电化学分解水产氢催化中的应用。
8.一种如权利要求6所述镍掺杂磁黄铁矿FeS纳米颗粒在电化学分解水产氧催化中的应用。
9.一种由权利要求6所述镍掺杂FeS纳米颗粒制备的电极。
10.一种由权利要求6所述镍掺杂FeS纳米颗粒制备及其在电池中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011072481.9A CN112076764A (zh) | 2020-10-09 | 2020-10-09 | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011072481.9A CN112076764A (zh) | 2020-10-09 | 2020-10-09 | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112076764A true CN112076764A (zh) | 2020-12-15 |
Family
ID=73730041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011072481.9A Pending CN112076764A (zh) | 2020-10-09 | 2020-10-09 | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112076764A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113430556A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 中南大学 | 一种表面掺杂金属纳米黄铁矿材料及其制备和应用 |
| CN114162952A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-11 | 西华师范大学 | 一种镍-硫复合微米零价铁材料及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110745869A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-04 | 青岛科技大学 | 一种基于溶剂热法合成的FeS纳米颗粒、制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-10-09 CN CN202011072481.9A patent/CN112076764A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110745869A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-04 | 青岛科技大学 | 一种基于溶剂热法合成的FeS纳米颗粒、制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZHONGXIN JING ETAL.: "Nickel-doped pyrrhotite iron sulfide nanosheets as a highly efficient electrocatalyst for water splitting", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114162952A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-03-11 | 西华师范大学 | 一种镍-硫复合微米零价铁材料及其制备方法 |
| CN114162952B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-10-13 | 西华师范大学 | 一种镍-硫复合微米零价铁材料及其制备方法 |
| CN113430556A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 中南大学 | 一种表面掺杂金属纳米黄铁矿材料及其制备和应用 |
| CN113430556B (zh) * | 2021-06-24 | 2022-06-21 | 中南大学 | 一种表面掺杂金属纳米黄铁矿材料及其制备和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Dual-active-sites design of CoNx anchored on zinc-coordinated nitrogen-codoped porous carbon with efficient oxygen catalysis for high-stable rechargeable zinc-air batteries | |
| CN111384407A (zh) | 一种金属单原子分散的有序介孔碳球的制备方法 | |
| CN107342424B (zh) | 一种燃料电池用PtPdCu电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN110745784B (zh) | 一种金属氧化物纳米颗粒及其制备方法和应用 | |
| CN105489908A (zh) | 一种腐殖酸复合生物炭在微生物燃料电池中的应用及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN112076764A (zh) | 镍掺杂的磁黄铁矿FeS纳米颗粒的制备方法及其应用 | |
| CN110624540A (zh) | 新型钌基自支撑电催化材料及其制备方法和在电催化氮气还原产氨中的应用 | |
| 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 | |
| CN114164452B (zh) | 一种制备超薄钒酸钴纳米片负载金属单原子催化剂的方法 | |
| CN112316956B (zh) | 一种WS2/FeS纳米球杂化催化剂制备方法及其应用 | |
| Kang et al. | Nitrogen-doped carbon-encapsulated SmFeOx bimetallic nanoparticles as high-performance electrocatalysts for oxygen reduction reaction | |
| CN110676473B (zh) | 一种多级多孔Rh纳米片的制备方法 | |
| CN110354870B (zh) | 一种高性能的银掺杂的硫化钴析氧催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN108842165B (zh) | 溶剂热法制备硫掺杂的NiFe(CN)5NO电解水析氧催化剂及其应用 | |
| CN114921796B (zh) | 一种双功能自支撑电解水催化材料及制备方法和应用 | |
| CN116288474A (zh) | 一种用于电催化还原二氧化碳为乙烯的CuO@Cu2O复合催化剂的制备方法 | |
| CN112458483B (zh) | 一种NiFe LDH@Super-P复合电催化材料的制备方法 | |
| CN113437312A (zh) | 一种应用于锌空气电池的普鲁士蓝衍生物催化剂的制备 | |
| CN113564617A (zh) | 一种双功能电催化剂的制备方法 | |
| CN113058651A (zh) | 基于蜜勒胺衍生物的二维配位聚合物电催化剂的制备方法 | |
| CN113201765B (zh) | 一种磷化ws2纳米球催化剂制备方法及其应用 | |
| CN114291798B (zh) | 微波法合成碲化钴纳米棒电催化剂及其应用 | |
| CN114855204B (zh) | 一种铁/钴杂化复合硫化物催化材料的制备方法及其应用 | |
| CN113737216B (zh) | 一种FeSe/FeSe2纳米花异质结催化剂及其制备方法及其应用 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201215 |