一種高比表面積的NiS2催化劑的製備方法與流程
2023-11-08 19:48:16
本發明涉及一種乙醇催化氧化劑的製備方法，具體涉及一種高比表面積的NiS2催化劑的製備方法。
背景技術：
近些年來，能源短缺和環境汙染是當今世界面臨的兩大難題，直接燃料電池以其具有燃料來源廣、能量轉化率高、低汙染、儲存和運輸方便等優點，在可攜式電源、電動機車等領域具有廣闊的應用前景，已經得到了世界範圍的關注和重視。直接液體燃料電池可以利用甲醇作燃料，但甲醇有一定的毒性，因此必須探索新的液體以替代有毒的甲醇，乙醇可再生，且無毒、來源豐富、使用安全，實際應用潛力巨大，可以替代直接甲醇燃料電池。但是，電極電催化劑的活性較低及高昂的價格仍是阻礙燃料電池商業化發展的關鍵問題之一。提高催化劑活性、降低貴金屬用量是推動燃料電池商業化發展的重要途徑。
目前，研究最多的直接乙醇燃料電池催化劑仍是鉑和鈀類材料。Wang等人用碳纖維布支撐用鈀-鈷納米管陣列為催化劑，電催化氧化乙醇。(Angewandte Chemie International Edition，2015，54(12)：3669-3673)這些材料資源稀少，價格昂貴，且催化過程中易中毒導致催化活性降低，運行壽命短，其大規模商業化應用受到了嚴重的制約。
因此，使催化劑電催化活性提高，成本更加降低，是直接乙醇燃料電池研究開發的重要內容。然而，催化劑的比表面積是催化活性一個重要關鍵因素。因為較高的比表面積方便傳質和擴散。例如，Wang等人設計了分層NiCo2O4@Ni3S2核/殼陣列具有高比表面積、低的電荷傳遞電阻和好的電容。(Journal of Materials Chemistry A2(2014)17595-17601)Das等人將NiCo2O4負載在石墨烯上提高電催化氧化乙醇的性能。(Nanoscale，2014，6(18)：10657-10665)本發明利用硫化鈉和氯化鎳形成了一種非貴金屬催化劑，這對提高直接乙醇燃料電池等能源轉換裝置商業化發展有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種高比表面積的NiS2催化劑的製備方法，製備的催化劑對乙醇氧化催化活性和長期穩定性有所提高，並且實用過程中應用的乙醇價格低廉，方便攜帶，且無毒，具備較高的實用價值。
本發明的一種高比表面積的NiS2催化劑的製備方法包括以下步驟：將硫化鈉，氯化鎳和水以質量比1∶0.2～0.6∶20混合分散在水溶液中，並且調節pH 4～7，攪拌時間1～2h，之後進行水熱，水熱溫度為120～160℃，水熱時間保持8～12h，把水熱後的樣品過濾，然後放入蒸餾水中煮沸，過濾洗滌至中性，於60～100℃乾燥1～10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。本文中NiS2催化劑的比表面積可達到215.8m2g-1，還有更多的介孔有利於傳質，提高電催化性能。
附圖說明
為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清晰，本發明提供如下附圖進行說明：
圖1為實施例1製備的高比表面積的NiS2催化劑的SEM圖；
圖2為實施例1製備的高比表面積的NiS2催化劑的XRD圖；
圖3為實施例1製備的高比表面積的NiS2催化劑在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循環伏安曲線圖；
圖4為實施例1製備的高比表面積的NiS2催化劑的氮氣吸脫附曲線圖。
具體實施方式
實施例1
一種高比表面積的NiS2催化劑製備方法，包括如下步驟：分別將1.6g硫化鈉、0.7g氯化鎳和70ml水置於100ml燒杯中，並且調節pH至4，攪拌時間2h，之後進行水熱，水熱溫度為120，水熱時間保持10h，把水熱後的樣品過濾，然後放入蒸餾水中煮沸，過濾洗滌至中性，於60℃乾燥10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。圖1為製備高比表面積的NiS2催化劑的SEM圖。從圖中明顯的看出納米球，而且這些球是以小顆粒堆積而成，分散比較均一。圖2為催化劑的XRD圖。對XRD圖分析中，峰值分別在31.5°，35.3°，38.8°，45.1°和53.5°分別對應於NiS2的(200)，(210)，(211)，(220)和(311)晶面，說明通過實施例1的製備方法得到了高比表面積的NiS2催化劑。圖3為催化劑在0.1M NaOH+0.5M C2H5OH溶液中的循環伏安曲線圖。可以看出高比表面積的NiS2催化劑表現出高的電流密度(45mA cm-2)和高的比表面積(215.8m2g-1)，說明實施例1製備的高比表面積的NiS2催化劑具有優良的乙醇氧化催化性能，並且通過測試計時安培，可以得到很高的反應速率。循環500圈以後，仍能保持很好的穩定性。
實施例2
一種高比表面積的NiS2催化劑製備方法，包括如下步驟：分別將1.6g硫化鈉、0.7g氯化鎳和70ml水置於100ml燒杯中，並且調節pH至5，攪拌時間2h，之後進行水熱，水熱溫度為120，水熱時間保持10h，把水熱後的樣品過濾，然後放入蒸餾水中煮沸，過濾洗滌至中性，於60℃乾燥10h即得到高比表面積的NiS2催化劑。用此方法製備的催化劑相對於實例1來說，顆粒團聚的比較厲害，並且分布不均勻，電流密度(37mA cm-2)和比表面積(130.2m2g-1)明顯下降，其電催化性能不是特別好。
以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制，在本發明技術方案中所採用的各組分的質量比範圍內，還可以作出若干修改和改進，這些修改和改進也應視為本發明的保護範圍。