一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法技术

一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，包括以下步骤：1）将待处理的泡沫镍超声清洗，充分冲洗，干燥；2）控制钒源、硫源摩尔比为1:（1~11），将钒源和硫源溶解于适量的溶剂中，使得所得溶液中钒源浓度为10~40 mM，充分搅拌，得到溶液A；3）溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤1）预处理的泡沫镍浸入溶液A后密封水热釜，进行溶剂热反应，反应温度为70~200 ℃，反应时间为6~30 h；4）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，充分冲洗产物，干燥，得到Ni3S2微米棒阵列。本发明专利技术提供的方法操作简单，反应条件温和，反应周期短，制备的Ni3S2产品纯度高，形貌均匀，且具有优异的电催化析氢性能。

Synthesis method of Ni3S2 micro rod array

A method for synthesizing Ni3S2 micron rod array, which comprises the following steps: 1) the nickel foam ultrasonic cleaning, the full flush, dry; 2) control the source of vanadium, sulfur source, molar ratio of 1: (1~11), the vanadium and sulfur sources dissolved in a suitable solvent, the vanadium source obtained solution the concentration of 10~40 mM, fully mixing, solution A; 3) solution A pour hot water kettle with a Teflon lined, step 1) nickel foam immersed in the solution of A pretreatment after sealing hot water kettle, solvent thermal reaction, the reaction temperature is 70~200 DEG C, the reaction time is 6~30 H 4); after the reaction, the reaction kettle is cooled at room temperature, fully wash product, drying, Ni3S2 micron rod array. The method provided by the invention has the advantages of simple operation, mild reaction condition, short reaction cycle, high purity of Ni3S2 product, uniform morphology, and excellent electrocatalytic hydrogen evolution performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法
本专利技术属电极材料表面处理
，具体涉及一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法。
技术介绍
随着煤、石油、天然气等不可再生能源的大量消耗，未来人们将面临严重的能源危机。而寻找一种清洁、安全、可再生的能源成了当前研究热点。氢能作为一种理想的能源载体，人们对其寄予厚望。电催化分解水技术是制氢的有效途径之一，该技术的核心问题在于开发高效、廉价的水裂解催化剂。目前，贵金属基催化剂（比如Pt，Ru或Ir等）是催化性能最好的水裂解催化剂，但价格昂贵、储量低等缺点极大地限制了该类催化剂的广泛应用。过渡金属硫化物，具有含量丰富，成本低廉等优点，是代替贵金属基催化剂的良好选择。研究表明，Ni基化合物材料能有效提高水裂解产氢过程的反应活性。Ni3S2纳米结构作为一种高效的产氢催化剂被广泛研究，具有广泛的应用前景。此外，将催化剂与导电基底的结合，可以有效地促进电荷传输，能显著地增强它的催化活性和稳定性。目前，国内外提出的由水热法、溶剂热法等方法制备的Ni3S2材料，形貌包括：片状、花型等。中国专利技术公告专利第201610552386.6号公开了一种锂离子电池负极GO-PANT-Ni3S2复合材料的制备方法，但是操作步骤复杂，且反应周期较长，技术难度大。中国专利技术公告专利第201510657154.2号公开了一种花型的Ni3S2/石墨烯三维复合电极材料的制备，先用水热法进行反应，再采取管式炉煅烧的方法得到一种花型的Ni3S2/石墨烯三维复合电极材料，反应条件苛刻，且成本大。Ni3S2nanosheetsarraysupportedonNifoam:Anovelefficientthree-dimensionalhydrogen-evolvingelectrocatalystinbothneutralandbasicsolutions等人用水热的方法得到了网状微结构组成的Ni3S2纳米片，但得到的析氢过电势较大，催化活性较差。本专利采用高效、简单和低成本的一步溶剂热法，制备了Ni3S2微米棒阵列，有效地提高了Ni3S2材料在碱液中的稳定性，从而有效地提升了电解水析氢性能。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，目的在于提出一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法。本专利技术提供的方法操作简单，反应条件温和，反应周期短，制备的Ni3S2产品纯度高，形貌均匀，且具有优异的电催化析氢性能。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，包括以下步骤：（1）将待处理的泡沫镍浸泡入丙酮中超声清洗，再将泡沫镍浸入到2~4mol/L的盐酸中进行超声清洗，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗，真空干燥后得到预处理的泡沫镍；（2）选用钒源和硫源为原料，称取一定质量，控制钒源与硫源摩尔比为1:（1~11），溶解于适量的溶剂中，使得的钒源浓度为10~40mM，搅拌3~20min，得到均匀溶液A；（3）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）预处理的泡沫镍放入于聚四氟乙烯内衬中后密封，然后置于均相反应仪中反应；（4）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和乙醇交替冲洗数次，真空干燥，得到Ni3S2微米棒阵列。步骤（1）所述的超声清洗为5~15min。步骤（1）所述的真空干燥是20~40℃下真空干燥5~15h。步骤（2）所述的钒源为偏钒酸钠、钒酸钠、十二水合钒酸钠、偏钒酸铵以及五氧化二钒中的一种或几种。步骤（2）所述的硫源为硫代乙酰胺、硫化钠、二乙基硫代氨基甲酸钠以及硫单质中的一种或几种。步骤（2）所述的溶剂为去离子水、无水乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或几种。步骤（3）所述的溶剂热反应温度为70~200℃，反应时间为6~30h。步骤（4）所述的真空干燥是20~40℃下真空干燥5~15h。与现有技术相比，本专利技术可以得到以下有益效果：（1）该方法采用的是一步溶剂热反应直接合成最终产物，具有低的合成温度，该方法克服了传统锻烧方法温高的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。（2）该方法制备的Ni3S2微米棒长在泡沫镍基底上，形成了规则的微米棒阵列，微米棒由纳米片组装而成，片的厚度大约在30nm左右。这种纳米片组装成的棒状大大增加了比表面积，有利于电解液与Ni3S2微米棒阵列的充分接触。同时，泡沫镍基底独特的三维多孔结构，提高了电荷的传输能力。继而能够大大增强其电化学性能。（3）该方法制备的产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀，其作为电解水电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10mA/cm-2的电流密度下，其过电势约为178mV，且在0.34V的电压下，至少可保持5h的稳定性。附图说明图1为实施例4制备的Ni3S2微米棒阵列的X-射线衍射（XRD）图谱；图2为实施例4制备的Ni3S2微米棒阵列的放大500倍的扫描电镜（SEM）照片；图3为实施例4制备的Ni3S2微米棒阵列的放大3k倍的扫描电镜（SEM）照片；图4为实施例4制备的Ni3S2微米棒阵列的放大150k倍的扫描电镜（SEM）照片；图5为实施例4制备的Ni3S2微米棒阵列的线性扫描伏安（LSV）性能测试图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，但是本专利技术不局限于以下实施例。实施例1（1）将（1×5）cm的泡沫镍浸入丙酮溶液中超声清洗5min、再将泡沫镍浸入到2mol/L的盐酸中进行超声清洗5min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗3次，在20℃下真空干燥5h后得到处理后的泡沫镍；（2）称取十二水合钒酸钠和硫化钠，取十二水合钒酸钠为0.2mmol，控制钒源与硫源的摩尔比为1：1，同时加入到20ml去离子水中，在室温下磁力搅拌3min得到均匀溶液A；（3）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）处理好的泡沫镍放入于聚四氟乙烯内衬中后密封，然后置于均相反应仪中，在70℃下反应时间为6h条件下进行反应；（4）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和乙醇交替冲洗3次，然后20℃下真空干燥5h得到Ni3S2微米棒阵列。实施例2（1）将（1×5）cm的泡沫镍浸入丙酮溶液中超声清洗10min、再将泡沫镍浸入到3mol/L的盐酸中进行超声清洗15min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗4次，在20℃下真空干燥10h后得到处理后的泡沫镍；（2）取钒酸钠和二乙基硫代氨基甲酸钠，钒酸钠为0.4mmol，钒源与硫源的摩尔比为1：4，同时加入到20ml乙醇中，控制在室温下磁力搅拌15min得到均匀溶液A；（3）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）处理好的泡沫镍放入于聚四氟乙烯内衬中后密封，然后置于均相反应仪中，在90℃下反应时间为10h条件下进行反应；（4）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和乙醇交替冲洗3次，然后25℃下真空干燥10h得到Ni3S2微米棒阵列。实施例3（1）将（1×5）cm的泡沫镍浸入丙酮溶液中超声清洗10min、再将泡沫镍浸入到3mol/L的盐酸中进行超声清洗15min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗4次，在25℃下真空干燥10h后得到处理后的泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将待处理的泡沫镍超声清洗，充分冲洗，干燥，得到预处理的泡沫镍；（2）控制钒源、硫源摩尔比为1:（1~11），将钒源和硫源溶解于适量的溶剂中，使得的所得溶液中钒源浓度为10~40 mM，充分搅拌，得到溶液A；（3）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）预处理的泡沫镍浸入溶液A后密封水热釜，然后进行溶剂热反应，反应温度为70~200 ℃，反应时间为6~30 h；（4）反应结束后，冷却，充分冲洗产物，干燥，得到Ni3S2微米棒阵列。

【技术特征摘要】
1.一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将待处理的泡沫镍超声清洗，充分冲洗，干燥，得到预处理的泡沫镍；（2）控制钒源、硫源摩尔比为1:（1~11），将钒源和硫源溶解于适量的溶剂中，使得的所得溶液中钒源浓度为10~40mM，充分搅拌，得到溶液A；（3）将搅拌好的溶液A倒入带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）预处理的泡沫镍浸入溶液A后密封水热釜，然后进行溶剂热反应，反应温度为70~200℃，反应时间为6~30h；（4）反应结束后，冷却，充分冲洗产物，干燥，得到Ni3S2微米棒阵列。2.根据权利要求1所述的一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）的超声清洗，先将泡沫镍浸泡于有机溶剂中超声清洗，再将泡沫镍浸泡于稀酸液中超声清洗。3.根据权利要求2所述的一种Ni3S2微米棒阵列的合成方法，其特征在于，所述步骤（1）的超声清洗，所采用的有机溶剂为丙酮，稀酸液为2~4mol/L的盐酸，超声时间5~15...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，杨丹，冯亮亮，黄剑锋，吴建鹏，刘倩倩，张宁，何元元，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61