一种硫化镍微纳阵列的制备方法、硫化镍微纳阵列材料及其应用 |
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| 申请号 | CN201710580641.2 | 申请日 | 2017-07-17 | 公开(公告)号 | CN107419247A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 苏州大学; | 发明人 | 戴洁; 林飞; 朱琴玉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种硫化镍微纳阵列的制备方法，包括如下步骤：1)基片处理：选择镍片作为反应基片，将镍片表面 抛光 至呈现光滑镜面，冲洗干净后干燥备用；2) 溶剂 热法反应：将硫粉溶于 水 合肼和水的混合溶剂中，搅拌均匀后转移至反应釜中，再将经步骤1)处理的镍片浸入反应釜中，在160-180℃下反应2-6小时；反应完毕后取出镍片，依次用去离子水和 乙醇 清洗，干燥后，在镍片上得到硫化镍微纳阵列。本发明公开了由该方法制备的硫化镍微纳阵列材料及其应用。本发明的硫化镍微纳阵列的制备方法工艺简单、原料廉价易得，并能实现对硫化钠微纳阵列形貌的调控。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种硫化镍微纳阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种硫化镍微纳阵列的制备方法、硫化镍微纳阵列材料及其应用 技术领域[0001] 本发明涉及材料化学领域，具体涉及一种硫化镍微纳阵列的制备方法、由该制备方法制备的硫化镍微纳阵列材料以及应用。 背景技术[0002] 硫化镍材料由于具有优异的光电性质，在半导体材料领域，特别是电池材料领域一直有着广泛的应用。除了用作催化剂和光电池电极镀层外，还可以作为锂硫电池的阴极材料。特别是Ni2S3，由于具有很强的电子间相互作用、良好的导电性(1.8×10-5Ωcm-1)以及稳定的基态，因此更加备受关注。 [0003] 迄今为止，已有不少关于硫化镍的制备方法的专利。其中，大多数专利方案中，硫化镍是采用一步溶剂热法制备的，其原料中镍源为可溶性镍盐或有机镍化合物，硫源为有机或无机含硫试剂，还包括表面活性剂，如CN105489390A、CN105449171A、CN105551810A、CN102198960A、CN101817564A、CN100455518C、CN105551810A等专利。也有采用两步法制备的，先由可溶性镍盐得到氧化物或氢氧化物前驱体，再硫化，如CN102605468A、CN104261490A、CN104261490A等专利。但是关于制备具有微纳阵列结构的Ni2S3二维膜的文献很少。 [0004] 申请号为CN101736377A的中国专利公开了一种硫化镍纳米线阵列的制备方法，其采用了比较复杂的多孔氧化铝为模板法，申请号为CN103466726B的专利中，公开了采用黄原酸镍为前驱体，在基片上热解得到了硫化镍二维纳米片阵列。以上制备硫化镍二维阵列的方法，不是步骤复杂就是自发沉积规整性差。论文(J.Mater.Chem.A,2013,1,194)公开了一种硫化镍二维纳米片阵列的制备方法，其利用镍盐为原料，采用相对简单的溶剂热合成方法，但是得到的是NiS而不是Ni2S3。因此，有必要寻找一种更廉价、简单的方法制备Ni2S3二维纳米片阵列。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种硫化镍微纳阵列的制备方法，该制备方法简单、原料廉价易得，并能实现对硫化钠微纳阵列形貌的调控。 [0006] 本发明的另一目的在于提供一种硫化镍微纳阵列材料，该材料中硫化镍排列规整，并且具有多种不同的形貌，可应用于传感材料和电极材料领域。 [0007] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现： [0008] 一种硫化镍微纳阵列的制备方法，包括如下步骤： [0009] 1)基片处理：选择镍片作为反应基片，将镍片表面抛光至呈现光滑镜面，冲洗干净后干燥备用； [0010] 2)溶剂热法反应：将硫粉溶于水合肼和水的混合溶剂中，搅拌均匀后转移至反应釜中，再将经步骤1)处理的镍片浸入反应釜中，在160-180℃下反应2-6小时；反应完毕后取出镍片，依次用去离子水和乙醇清洗，干燥后，在镍片上得到硫化镍微纳阵列。 [0011] 进一步的，在步骤1)中，所述镍片依次经过3#、6#金相砂纸打磨，接着采用Al2O3抛光粉进行机械抛光。 [0012] 进一步的，在步骤2)中，混合溶剂中硫粉的浓度为41.67mmol/L。 [0013] 进一步的，在步骤2)中，水合肼和水的体积比为1：0～1：2。 [0014] 进一步的，在步骤2)中，控制反应釜中的温度为180℃，反应6小时。 [0015] 进一步的，在步骤2)中，所述混合溶剂中还加入了9.17mmol/L的CTAB。 [0016] 本发明提供了根据上述制备方法制备得到的硫化镍微纳阵列材料，以及其在传感材料和电极材料上的应用。 [0017] 本发明的有益效果是: [0018] 本发明采用溶剂热法，利用肼-水二元溶剂体系作为反应溶剂，硫粉和镍片作为反应原料，在镍片表面上通过原位生长得到了微纳晶体阵列，提供了一种制备工艺简单、容易操作、原料廉价易得、产品一致性好的方法。 [0019] 本发明采用水和肼简单二元体系，相较于现有技术中采用强碱、肼及有机螯合剂作为反应体系，反应体系更加简单，原料经济易得，成本低。 [0020] 本发明通过加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，可以对硫化镍微纳阵列的表面形貌进行有效地调控，得到从棒状到草状到丝状系列变化的Ni2S3二维微纳阵列，实现了对阵列形貌的调控。 [0021] 本发明制备的硫化镍微纳阵列，具有比较规整的表面形貌，比表面积大，适用于传感材料和电极材料。 [0022] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 附图说明[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。 [0024] 图1是实施例1-实施例3中制备的硫化镍微纳阵列材料的粉末X射线衍射(XRD)图； [0025] 图2是实施例5-实施例8中制备的硫化镍微纳阵列材料的粉末X射线衍射(XRD)图； [0026] 图3是实施例2中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图，右上角为透射电镜(TEM)图。 [0027] 图4是实施例3中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图； [0028] 图5是实施例4中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图； [0029] 图6是实施例6中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图； [0030] 图7是实施例8中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图； [0031] 图8是实施例9中制备的硫化镍微纳阵列材料的扫描电镜(SEM)图； [0032] 其中：在图1中，(a)表示Ni2S3的标准XRD谱图，(b)、(c)、(d)分别表示实施例1-3中制备的硫化镍微纳阵列材料的XRD谱图，带*号的为来自镍基片的(111)、(200)衍射峰； [0033] 在图2中，(a)、(b)、(c)、(d)分别表示实施例5-8中制备的硫化镍微纳阵列材料的XRD谱图。 具体实施方式[0034] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0035] 以下实施方式中，硫粉，镍片，水合肼以及十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)均为市售分析纯试剂，使用前未经提纯处理，实验用水为去离子水。 [0036] 实施例1-9 [0037] 1)基片处理：取镍片作为反应的基片，依次用3#、6#金相砂纸抛光，然后用Al2O3抛光粉进行机械抛光，至镍片表面呈现光滑镜面。抛光过的镍片用蒸馏水冲洗干净(以除去抛光粉)后，在室温下干燥备用； [0038] 2)溶剂热法反应：取0.25mmol硫粉，溶于水合肼(50％)和水组成的混合溶剂中，再加入CTAB，混合溶剂的配方及CTAB的添加量详见表1。搅拌半小时至溶液均匀，接着将溶液倒入一定体积的反应釜中，把处理过的镍片浸入到内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，关闭并拧紧反应釜后放入烘箱中，调节烘箱温度，反应一定时间，烘箱温度和反应时间详见表1；反应完毕后取出反应釜，自然冷却至室温，再将镍片取出，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后干燥，在镍基底上得到均匀的黑色薄膜，即为硫化镍微纳阵列材料。 [0039] 表1实施例1-9中实验参数表 [0040] [0041] [0042] 实验例 [0043] 分别取实施例1-3，5-8中制备的硫化镍薄膜，对其进行粉末X射线衍射(XRD)测试，所得结果如图1和图2所示。 [0044] 分别取实施例2-4，6以及8-9中制备的硫化镍薄膜，对其进行扫描电镜(SEM)测试，所得结果如图3-8所示。 [0045] 取实施例2制备的硫化镍薄膜，对其进行透射电镜测试，所述结果如图3所示。 [0046] 从图1中可以看出，与Ni2S3的标准XRD谱图相比，实施例1-3制备的硫化镍薄膜中均出现了(101)、(110)、(003)、(202)、(113)、(104)、(300)等Ni2S3的特征峰，其中，(202)衍射峰与镍基片的(111)衍射峰相重叠。以上结果表明，实施例1-3制备的硫化镍薄膜为纯净的Ni2S3薄膜。 [0047] 从图2中可以看出，实施例5-8制备的硫化镍薄膜中也都出现了Ni2S3的特征峰，只是峰的相对衍射强度随形貌变化有所改变，这表明在反应体系中加入表面活性剂CTAB后，并不影响得到的硫化镍薄膜的成分，其依然为Ni2S3相。 [0048] 请参见图3和图5，在反应2h后，镍片上出现了微米棒状的Ni2S3晶体，该微米棒长度约为1.0um，宽度约为0.5um；反应6h后，得到的微米棒的长度约为5um，宽度约为1um，并且此时微米棒排列更加规整，形成阵列状。从右上角的TEM图中可以看出，Ni2S3晶体呈完美的棒状。这表明本发明以肼-水二元溶剂体系作为反应溶剂，通过溶剂热方法成功地获得了Ni2S3微纳阵列。 [0049] 从图4中可以看出，在不加水的情况下，单纯采用水合肼作为反应溶剂，得到的Ni2S3薄膜的表面形貌发生了变化，Ni2S3晶体变成了不规则的棒状和片状，且在纯水合肼体系中生长的晶相更加粗壮。这表明反应溶剂中是否含水会影响生长的Ni2S3晶体的形貌。 [0050] 如图8所示，当加入CTAB后，反应2h后，在镍片上也得到了Ni2S3晶体。请参见图6-7，反应6h后，得到的Ni2S3晶体由较粗大的微米棒状变成纳米草状和纳米丝带状，这表明CTAB会影响生长的Ni2S3晶体的形貌，通过加入CTAB可对生成的Ni2S3晶体的形貌进行调控。 [0051] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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