[发明专利]一种双壳层的Fe2O3/NiS纳米复合材料的制备

说明书

本发明公开了一种双壳层的Fe₂O₃/NiS纳米复合材料的制备，具体的步骤包括：首先以氯化铁为铁盐，采用溶剂热法制备Fe₂O₃纳米粒子；接着以Fe₂O₃为载体，镍盐金属盐，采用水热法制备Fe₂O₃@Ni(OH)₂核壳材料，然后以硫化钠为硫源水热法制备双壳层的Fe₂O₃/NiS纳米复合材料。制备方法简单，易操作，在析氢性能方面具有良好的性能。

技术领域

本发明涉及一种双壳层的Fe₂O₃/NiS纳米复合材料的制备，具体涉及采用三步普适水热法制备Fe₂O₃/NiS纳米复合材料。

背景技术

随着有限化石燃料的大量使用，能源危机和环境污染日益加剧，可再生能源和各种新能源的开发已经受到各个国家的高度重视，而氢能作为未来替代化石燃料的理想绿色能源之一，具有来源丰富、可再生及可储存的优点，被视为最为理想的能源载体。然而尽管氢元素是地球上含量最丰富的元素，但并不是以游离的H₂分子形式存在，因此发展有效且可持续的制氢技术是推动氢能发展的重要研究内容。在当前众多的制氢技术中电解水析氢反应(HER)对于解决能源危机以及环境问题有极大的价值。电解水制氢过程中，获得氢气的主要反应就是析氢反应，由于析氢反应的发展很大程度上受到其催化剂性能的影响，所以析氢的发展也可以近似看作析氢催化剂的发展。目前析氢反应最有效的催化剂是贵金属铂，但昂贵的价格和较差的稳定性使其不能作为大规模工业化生产的电解水制氢催化材料，所以研究出产量丰富且廉价的高活性催化剂仍然是一个挑战。近年来，研究人员一直在研究过渡金属硫化物的电催化性能，包括但不限于以下这些材料：二硫化钼(MoS₂)，二硫化铁(FeS₂)，二硫化钴(CoS₂)和二硫化镍(NiS₂)。同时近几年兴起的纳米材料的合成也让研究人员找到了新的方向，纳米结构材料具备更大的比表面积和更高的表面活性位点密度，通过合成纳米材料得到的HER催化剂表现出了更高的催化活性，关于纳米材料的研究将会极大推进析氢催化剂的发展。专利CN106328930A公开了一种高容量锉离子电池负极材料。a-Fe₂O₃的制备方法，其步骤如下：(1)将FeCl₃溶液和乙二醇在室温下搅拌，均匀混合，得到溶液A；(2)将NaOH溶液及去离子水加入溶液A中，搅拌，得到溶液B；(3)在溶液B中加入十二烷基苯磺酸钠，得到溶液C；(4)将溶液C转入高压釜中，在200-250℃、5-6MPa的条件下反应20-30h，将所得产物FeOOH离心分离、真空干燥，热处理，得到高容量锂离子电池负极材料a-Fe₂O₃。专利CN107746081A公开了一种二维纳米片形态。a--Fe₂O₃材料的制备方法，该制备方法是将六水合三氯化铁放置于氧化铝柑锅内，然后放入装有刚玉管的管式炉中，经密封后通入惰性气体，并在惰性气体下保护下升温至380-450℃，保持8-24小时，然后冷却至室温，再经去离子水洗涤、干燥后，得到二维纳米片形态a-Fe₂O₃材料。与现有技术相比，本发明用六水合三氯化铁试剂在惰性气氛保护下热分解氧化反应制备二维纳米片形态a-Fe₂O₃材料，所使用的试剂价格低廉，制备过程更简便，可实现规模化制备，且得到的三氧化二铁形貌为二维纳米片。专利CN106953093A本发明公开了一种利用胶体核壳结构a-Fe₂O₃材料制备锂离子电池阳极的方法，属于锂离子电池阳极的制备技术领域。本发明的技术方案要点为：以甘氨酸作为结构导向剂，使用水、乙醇混合溶剂热法制备出胶体核壳结构a-Fe₂O₃材料；将活性物质a-Fe₂O₃材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯混合均匀，再加入N一甲基毗咯烷酮调制成浆料，使用涂膜仪将浆料均匀铺于铜箔上，于120℃真空干燥12h，切片得到锂离子电池阳极。本发明制得的锂离子电池阳极具有比容量大、无毒、来源广泛和成本低廉等特点，因此具有重要的潜在实用价值。专利CN105329951A公开了一种a-Fe₂O₃纳米管的制备方法。制备包括以下步骤：(1)将以NH₄、H₂P₄和FeCl₃的混合水溶液充分搅拌；(2)220℃下水热处理48h，反应结束后将沉淀离心分离；(3)依次用去离子水、乙醇清洗；(4)在80℃下真空干燥，即得到a-Fe₂O₃单晶纳米管。本发明所述一种a-Fe₂O₃纳米管的制备方法制备出的产物具有一维结构形式、高比表面积，具有较高的光电转化效率和光催化性能。专利CN105289692A公开了一种g-C₃N₄/Fe₂O₃复合材料及其制备方法和应用，属于材料制备及含能材料领域。该复合材料是由质量比为95∶5-50∶50的g-C₃N₄和纳米Fe₂O₃复合而成，制备步骤如下：将纳米Fe₂O₃置于乙醇溶液中超声分散，然后加入g-C₃N₄继续超声分散，超声过程中不断搅拌，完成后在玛瑙研钵中慢慢研磨至物体呈糊状放入真空烘箱中烘干，在管式炉中焙烧得g-C₃N₄/Fe₂O₃复合材料。本发明制备出的g-C₃N₄/Fe₂O₃复合材料对高氯酸铵(AP)的热分解表现出良好的催化效果，拓宽了石墨相氮化碳的应用领域；本发明的制备工艺简单，耗时短，制备效率高，适合工业化大规模生产，在含能材料领域具有广阔的应用前景。