[發(fā)明專利]鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810026458.2
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108321388B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊金虎;劉光磊;馮楠;孟瑞晉;祖連海;馮宇通
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B01J27/043
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發(fā)明涉及鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法，配制含鐵鹽、鎳鹽、硫酸鈉及尿素的混合水溶液，投入干凈鈦片，經(jīng)水熱反應(yīng)得到了原位生長于鈦片基底表面的鎳摻雜氫氧化氧鐵納米線陣列；將前驅(qū)體置于管式爐中進行高溫氣相硫化利用氬氣進行氣氛保護，得到了組裝于鈦片基底的鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列。本發(fā)明方法操作簡便、重復(fù)性好，得到的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠均勻且堅固地分布在鈦片表面，可以直接作為二維電極材料應(yīng)用于電化學(xué)設(shè)備中，同時經(jīng)電解水測試，發(fā)現(xiàn)鎳的摻雜大幅度提升了二硫化鐵的電催化產(chǎn)氫活性及穩(wěn)定性，而且有望進一步促進其在儲能、光催化等領(lǐng)域的性能提升，擴展其應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種摻雜型過渡金屬硫化物的合成方法，尤其是涉及一種鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法。

背景技術(shù)

目前隨著社會的發(fā)展，各行業(yè)對于能源的需求也在不斷加大，因此設(shè)計并研發(fā)出高性能、低成本、成效高的納米能源材料則成為科學(xué)工作者們重點關(guān)注的方向。特別是在電催化及電化學(xué)儲能領(lǐng)域，納米電極材料的性能局限性問題丞待解決。金屬硫化物中的硫元素，其最外層電子結(jié)構(gòu)為3S²3P⁴，具有的空3d軌道和3s、3p軌道能級接近，因此d軌道在一定條件下具有多種成鍵方式，使得金屬硫化物的結(jié)構(gòu)具有多樣性，表現(xiàn)出豐富的性質(zhì)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。例如二硫化鈷、二硫化鐵、二硫化鎳等等可以應(yīng)用于電解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧、超級電容器及鋰離子電池領(lǐng)域。為了進一步提升金屬硫化物在電化學(xué)方面的性能，越來越多類型的材料被發(fā)明，如多相復(fù)合型材料、合金型材料、摻雜型材料等。其中，雜元素的摻雜因具有操作簡便、選擇性廣、性能提升明顯而成為一項研究熱點。如在二硫化鈷納米材料里面進行鎳元素的摻雜，或者對二硫化鉬進行硒摻雜，均使得電催化產(chǎn)氫性能得到了明顯的提升。

金屬硫化物中的黃鐵礦型二硫化鐵，屬立方晶系，其地表儲量豐富、成本低廉，禁帶寬度為0.95eV，為一種應(yīng)用較廣泛的半導(dǎo)體材料。納米級別的二硫化鐵可作為具有潛力的電極材料普遍應(yīng)用于光電催化、電化學(xué)儲能等領(lǐng)域。目前已有工作報道，在二硫化鐵材料中進行鈷離子的摻雜，同時與碳納米管復(fù)合，其電解水產(chǎn)氫性能相對于純相二硫化鐵與碳納米管復(fù)合材料有了明顯的提升。因此，雜原子的摻雜對于二硫化鐵材料在產(chǎn)氫方面的提升起到了很大的貢獻作用，同時也有望提升其在儲能方面的性能，具有一定的研究意義。同時于導(dǎo)電基底上組裝的納米材料可直接作為能源器件，構(gòu)建高效的電化學(xué)能源裝置，具有操作簡便、活性面積大、電荷易傳輸?shù)葍?yōu)勢。但是目前摻雜型的金屬硫化物由于制備方法繁瑣、導(dǎo)電性不夠優(yōu)良，而且在酸性電解液中產(chǎn)氫穩(wěn)定性較差，從而使其應(yīng)用受到了一定的限制。基于上述存在的問題，我們發(fā)展了鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法，制備步驟簡便易操作，產(chǎn)物形貌均勻，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，而且鎳的摻雜使得材料在0.5M H₂SO₄電解液中表現(xiàn)出了明顯優(yōu)于純二硫化鐵納米線陣列的產(chǎn)氫催化活性及長效穩(wěn)定性，并且有望廣泛應(yīng)用于儲能、光催化、全電解水等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述二硫化鐵材料在電化學(xué)性能方面的局限性，發(fā)展了一種鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

鈦片基底上鎳摻雜二硫化鐵納米線陣列結(jié)構(gòu)的合成方法，包括以下步驟：

(1)鈦片基底上原位生長的鎳摻雜氫氧化氧鐵納米線陣列的合成：將鐵鹽、鎳鹽、硫酸鈉和尿素溶于去離子水中得到反應(yīng)溶液，投入經(jīng)超聲處理過的干凈裸鈦片后置于高溫下反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后取出鈦片，依次用乙醇和去離子水沖洗干凈，于80℃烘干，得到原位生長的鎳摻雜氫氧化氧鐵納米線陣列(Ni-FeOOH/Ti)；