[发明专利]利用铁离子控制合成铁掺杂立方体二硫化镍的制备方法

说明书

本发明涉及材料制备领域，具体为一种利用铁离子控制合成铁掺杂立方体二硫化镍的制备方法，解决现有的立方体二硫化镍制备方法对反应环境和条件要求较高、需要额外添加有机形貌控制剂与电化学性能较低的问题。利用铁离子作为掺杂前驱体和相结构与形貌的控制剂，在合成镍硫化合物的过程中，将铁盐、镍盐和硫源一起溶于水中，倒入水热反应器中，加热至设定温度反应一段时间后，经过冷却、清洗、干燥即可得到无杂相、铁掺杂的二硫化镍立方体。本发明在一般水热条件下即可进行，无需调节溶液pH，无需额外添加其他形貌控制剂，操作简单、成本低廉；所得产品形状规则，具有较高的产率和纯度，且电化学活性较高，具备大规模应用的潜力。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，具体为一种利用铁离子控制合成铁掺杂立方体二硫化镍的制备方法。

背景技术

在近年的研究中，基于NiS₂的材料在电化学分解水、锂离子电池、超级电容器和光催化方面表现出了优异的电化学性能和催化活性。镍硫化合物具有多种存在形式，如NiS、NiS₂、Ni₃S₂、Ni₃S₄、Ni₇S₆和Ni₉S₈等。若不加干预，通常难以得到单一物相的NiS₂，只能得到同时含有不同物相、不同形状颗粒的混合物，不利于对NiS₂相关物化特性和催化机理的研究。另一方面，由于不同晶面通常具有不同的原子结构，晶面暴露状态也会影响NiS₂的物化特性和催化活性，因此需要发展可有效控制NiS₂的晶面暴露状态的制备方法。最后，大量的研究表明，对NiS₂进行掺杂(Fe、Co、Mo等)，可改善NiS₂的电子结构，得到大幅提高的电化学活性和催化活性。因此，一步法制备出阳离子掺杂的特定晶面暴露NiS₂，在基础研究和实际应用方面都具有重要的价值。

在单一物相的NiS₂制备方面，中国专利公开号CN1240765A所述方法需要两步硫化，操作复杂，耗时长，且要求无氧环境；中国专利公开号CN104261491A所述水热法只能获得NiS₂的球状颗粒；与之类似，文献1[《材料开发与应用》2010，6，61]、文献2[Journal ofSolid State Chemistry,2010,183,223]、文献3[Journal of Alloys and Compounds,2013,552,345]、文献4[Applied Catalysis A:Gnerral,2013,450,230]中所述的NiS₂制备方法均未获得特定晶面暴露、形状规则的NiS₂颗粒。

在暴露特定晶面的NiS₂制备方面，文献5[Chem.Commun.,2015,51,12863]和文献6[Scientific Reports,2014,4,3577]利用水热法制备了立方体NiS₂，但是均需要在镍盐和硫源之外加入聚乙烯吡咯烷酮(PVB-58000)形貌控制剂，并加入NaOH调节溶液pH；中国专利公开号CN104787810A所述立方体状二硫化镍的制备方法需要用酸将反应溶液的pH值精确调控至0～2(优选值为0.5)，并利用微波水热法。以上方法工艺复杂、对设备要求高，不利于规模化生产，且产物未经掺杂，难以得到较高的电化学性能。

在铁掺杂的NiS₂制备方面，如文献7[J.Mater.Chem.A,2017,5,10173]采用两步法，首先通过长时间水热法合成铁镍(氢)氧化物，再经过硫化过程才能合成铁掺杂的二硫化镍。该方法虽然能够得到铁掺杂二硫化镍，但是工艺复杂，而且不具有规则的形貌。

综上所述，目前尚没有不需要额外加入表面活性剂控制形貌或者不需要调节pH，得到具有特定晶面暴露且包含阳离子掺杂NiS₂的一步制备方法见诸文献或公开专利。

发明内容