一種立方體狀二硫化鎳的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)材料的制備領(lǐng)域,具體涉及一種立方體狀二硫化鎳的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬硫化物具有優(yōu)異的光電性能和催化性能,近年來(lái)成為研宄熱點(diǎn)。鎳的硫化物具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)及磁學(xué)性質(zhì),廣泛應(yīng)用于空間技術(shù)、地球物理探測(cè)、磁共振成像、粒子加速器及加氫脫氮反應(yīng)、加氫脫硫反應(yīng)等領(lǐng)域。然而,硫化鎳一般是由不同物相(如Ni3S2、Ni9S8、NiS、Ni3S4及NiS 2等)組成的混合體,具有不同的形貌如球狀、片狀、立方體狀及一些不規(guī)則形狀等。因此,如何制備單一形貌、單一物相的硫化鎳仍然賦有較大的挑戰(zhàn)性。
[0003]現(xiàn)已報(bào)道純NiS2*相的制備方法有多種。如中國(guó)專利CN 1240765A公開(kāi)了一種兩步硫化法制備高純度NiS2粉末的方法,該方法制備時(shí)間過(guò)長(zhǎng),而且要求在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行,提高了操作難度。中國(guó)專利CN201410530786.8中公開(kāi)了一種水熱法制備高純度NiS2的方法,該方法要求硫/鎳摩爾比在5以上,因而含硫化合物的用量較大,同時(shí)需要的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng),反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)以上才能得到高純度附&球狀顆粒。文獻(xiàn)I [材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,2010, 6,61]中報(bào)道了溶劑熱技術(shù)制備硫化鎳的方法,該方法溶劑成本高,且只有在S:Ni比高達(dá)8:1,溫度在220°C時(shí)才能獲得較純的NiS2球狀顆粒。文獻(xiàn)2 [Journal of SolidState Chemistry, 2010, 183,223]中報(bào)道了水熱法合成出NiS2的方法,只有在體系中加入適量的乙二胺四乙酸二鈉才能獲得高純附52微球顆粒。文獻(xiàn)3 [Journal of Alloys andCompounds, 2013, 552,345]中報(bào)道了微波加熱溶劑熱技術(shù)制得鱗片狀NiS2的方法,但該方法以乙醇為溶劑,還需加入十六燒基胺。文獻(xiàn)4 [Applied Catalysis A: General, 2013,450,230]中報(bào)道超生噴霧熱解法制備多孔球狀NiS2的方法,該方法需用氫氟酸洗滌除去模板S12,對(duì)設(shè)備要求高、操作復(fù)雜。文獻(xiàn)5 [Scientific Reports, 2014, 4: 3577]中報(bào)道了微波水熱法制備立方體狀附32的方法,該方法以硝酸鎳和硫脲為原料,并加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮,用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液為堿性,反應(yīng)4小時(shí)后得到立方體狀NiS2。
[0004]本發(fā)明采用微波加熱水熱法技術(shù),將鎳鹽和含硫化合物溶于水中,用酸調(diào)節(jié)體系的PH值,在酸性條件下,利用微波加熱混合溶液至設(shè)定溫度并反應(yīng)一段時(shí)間后可制得立方體狀二硫化鎳。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種立方體二硫化鎳的制備方法,該方法具有無(wú)需加入任何表面活性劑及保護(hù)氣體、原料成本低廉、廢氣廢液排放少,操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種立方體狀二硫化鎳的制備方法,包括如下步驟:
將鎳鹽和含硫化合物溶于去離子水,滴加酸調(diào)節(jié)溶液PH值0~2,攪拌完全溶解后,倒入反應(yīng)器中,密封,在微波環(huán)境下加熱至180~220°C,并在該溫度下反應(yīng)0.25-3小時(shí),自然冷卻降溫,然后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥得到立方體狀二硫化鎳。
[0007]進(jìn)一步,所述的鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳中的一種或兩種以上。
[0008]進(jìn)一步,所述的含硫化合物為硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺中的一種或兩種以上。
[0009]進(jìn)一步,所述酸為鹽酸、硝酸、硫酸、乙酸中的一種或兩種以上。
[0010]進(jìn)一步,所述鎳鹽和含硫化合物,硫/鎳原子物質(zhì)的量比為3~5。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:
(I)本發(fā)明在微波環(huán)境下進(jìn)行水熱反應(yīng),所得產(chǎn)品為規(guī)則的立方體狀,產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度高,且粒徑分布均勻。
[0012](2)本發(fā)明所選原料價(jià)格低廉,與現(xiàn)有技術(shù)相比,含硫化合物用量減少,從而節(jié)約成本與提高經(jīng)濟(jì)效益,顯著減少?gòu)U氣廢液的排放。
[0013](3)本發(fā)明的制備方法過(guò)程工藝操作簡(jiǎn)單,無(wú)需使用保護(hù)氣體和模板劑,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明制備時(shí)間顯著減少,生產(chǎn)周期短,生產(chǎn)效率高,對(duì)環(huán)境友好。
[0014](3)本發(fā)明的制備方法應(yīng)用較廣,還可用于立方體狀二硫化鈷、二硫化鐵、二硫化銅等的合成。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1 (a)和實(shí)施例9 (b)所得的立方體狀二硫化鎳的XRD圖,其中,橫坐標(biāo)表示X射線的入射角度的兩倍,單位為角度,縱坐標(biāo)表示衍射后的強(qiáng)度,單位為任意量。
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得的立方體狀二硫化鎳的SEM圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例9所得的立方體狀二硫化鎳的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,但本發(fā)明并不限于此。
[0019]實(shí)施例中所用的試劑均為分析純,水為超純水。
[0020]本發(fā)明所制備的二硫化鎳采用日本理學(xué)D/max2550 18 KW轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀鑒定物相結(jié)構(gòu);采用日本電子公司的JSM-6360LV掃描電子顯微鏡測(cè)定形貌。X-射線衍射圖中2Θ=27°,32° ,35° ,39° ,45° ,54° ,56° ,59° ,61°出現(xiàn)的衍射峰歸屬于二硫化鎳(JCPDS N0.01-088-1709),無(wú)其他雜質(zhì)峰的出現(xiàn);SEM照片顯示所制備的二硫化鎳為立方體狀。
[0021]實(shí)施例1
將5 mmol硝酸镲和25 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.5,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至200°C,在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.60 g立方體二硫化鎳,純度達(dá)到100%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為97.7%。
[0022]實(shí)施例2
將5 mmol硫酸镲和20 mmol硫化鈉溶于100 mL去離子水中,加入乙酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.6,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至220°C,在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.52 g立方體二硫化鎳,純度大于99%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為84.5 %。
[0023]實(shí)施例3
將5 mmol乙酸镲和25 mmol硫代乙酰胺溶于100 mL去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.4,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至200°C,在該溫度下反應(yīng)3小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.56 g立方體二硫化鎳,純度大于99%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為91.1%。
[0024]實(shí)施例4
將5 mmol氯化镲和25 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.7,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至220°C,在該溫度下反應(yīng)3小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.59 g立方體二硫化鎳,純度大于98%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為96.1%。
[0025]實(shí)施例5
將5 mmol硝酸镲和15 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.2,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至180°C,在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.39 g立方體二硫化鎳,純度大于96%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為63.5%。
[0026]實(shí)施例6
將5 mmol硝酸镲和25 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入硫酸調(diào)節(jié)溶液pH值至2,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至220°C,在該溫度下反應(yīng)3小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.48 g立方體二硫化鎳,純度大于95%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為78.2%。
[0027]實(shí)施例7
將5 mmol硫酸镲和25 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至200°C,在該溫度下反應(yīng)2小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.59 g立方體二硫化鎳,純度達(dá)到100%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為96.0%。
[0028]實(shí)施例8
將5 mmol硝酸镲和20 mmol硫化鈉溶于100 mL去離子水中,加入硝酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.3,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至200°C,在該溫度下反應(yīng)3小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.55 g立方體二硫化鎳,純度大于97%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為89.6%。
[0029]實(shí)施例9
將5 mmol硝酸镲和25 mmol硫脲溶于100 mL去離子水中,加入鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至0.4,充分溶解后移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中,密閉,微波環(huán)境下加熱升溫至200°C,在該溫度下反應(yīng)0.25小時(shí)后,將反應(yīng)后的懸浮物經(jīng)過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥后得到0.55 g立方體二硫化鎳,純度大于97%,以反應(yīng)的金屬鎳計(jì)算,二硫化鎳的產(chǎn)率為89.5%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:鎳鹽和含硫化合物在微波環(huán)境下水熱反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述鎳鹽和含硫化合物按一定物質(zhì)的量比例先溶于水得到溶液,再加酸控制溶液的PH值,在設(shè)定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述鎳鹽和含硫化合物,硫/鎳原子物質(zhì)的量比為3~5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述的鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、醋酸鎳中的一種或兩種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述的含硫化合物為硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺中的一種或兩種以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述反應(yīng)溫度為 180~220°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述反應(yīng)時(shí)間為0.25~3小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述酸為鹽酸、硝酸、硫酸、乙酸中的一種或兩種以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立方體狀二硫化鎳的制備方法,其特征在于:所述溶液的pH值為0~2。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種立方體狀二硫化鎳的制備方法。先按硫/鎳摩爾計(jì)量比將鎳鹽和硫化物溶于水中,加入酸至水溶液中調(diào)節(jié)體系的pH值,然后倒入聚四氟乙烯反應(yīng)器中,密封,在微波環(huán)境下加熱至設(shè)定溫度反應(yīng)一段時(shí)間后,自然冷卻降溫,然后進(jìn)行過(guò)濾、水洗、醇洗、真空干燥得到立方體狀二硫化鎳。本發(fā)明在微波環(huán)境下進(jìn)行水熱反應(yīng),所得產(chǎn)品為規(guī)則的立方體狀,產(chǎn)品的產(chǎn)率和純度高,且粒徑分布均勻。與現(xiàn)有技術(shù)相比,反應(yīng)時(shí)間顯著縮短,含硫化合物的用量明顯減少,所需原料價(jià)廉,操作過(guò)程參數(shù)容易控制,反應(yīng)時(shí)間短,無(wú)需加入其他表面活性劑,生產(chǎn)效率高,對(duì)環(huán)境友好。
【IPC分類】C01G53-11
【公開(kāi)號(hào)】CN104787810
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510199378
【發(fā)明人】王威燕, 楊運(yùn)泉, 仵奎, 李路, 朱國(guó)華
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日