Page 106 - 《精细化工》2020年第12期
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·2468· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷
丰富、价格相对低廉,其硫化物和磷化物在电解水 物 P123 的混合溶液中,磁力搅拌 10~30 min,使其
反应中的应用引起了研究者的关注 [10-14] 。目前,各 全部溶解得到溶液 A。同时,将 2.91 g(0.01 mol)
种形貌结构的单一金属硫化物和磷化物研究很多, 六水合硝酸镍加入到含有 13 mL 正丁醇、1.53 mL
为了提高催化活性,ZENG 等 [15] 合成了同时含有 浓硝酸和 1.45 g 三嵌段共聚物 P123 的混合溶液中,
Ni 2 P 和 Ni 3 S 2 的 Ni 2 P/Ni 3 S 2 材料,并用于电解水反应 40 ℃恒温水浴,磁力搅拌 10~30 min,使其全部
催化剂。FENG 等 [16] 合成了双金属磷化物 FeP/Ni 2 P 溶解得到溶液 B。将溶液 A 和 B 混合并继续磁力搅
材料用于析氧反应催化剂。WANG 等 [17] 采用铁掺杂 拌约 30 min,然后将混合溶液转移到 120 ℃烘箱中
的方式在碳布(CC)上合成了 Fe-Ni 2 P/CC 析氧催化 加热 3.5 h,冷却到室温,用乙醇洗 3~4 次,离心分
剂。LIU 等 [18] 将(NiFe)S 2 和石墨烯(GN)复合得到 离,过夜,60 ℃干燥,将所得材料放于马弗炉中,
具有较好析氧催化性能的(NiFe)S 2 -GN 催化剂。以 以 5 ℃/min 的升温速率升温到 150 ℃,在此温度下
上通过硫化物和磷化物复合、双金属复合、金属掺 焙烧 12 h 得到铁/镍前驱物,标记为 Fe-Ni-O。
杂以及金属和其他材料的复合等改变催化剂组分的 1.2.2 FeS 2 /NiS 2 复合材料的制备
方法,提高了材料的催化活性。基于以上讨论可以 取上述铁/镍前驱物 20 mg 和 100 mg 硫粉均匀
看出,过渡金属硫化物和磷化物的研究取得了很大 混合放于瓷舟中,并转移到持续通入 N 2 的管式炉
进展,但是对金属硫化物和磷化物催化性能的比较 内,同时在进气口端放置装有 0.5 g 硫粉的瓷舟,然
报道较少。 后将管式炉升温到 300 ℃(升温速率 2 ℃/min),
本文采用溶剂挥发自组装和硫化或磷化处理等 并在该温度下焙烧 2 h,冷却至室温得到 FeS 2 /NiS 2
两步法,合成了具有棒状结构的双金属硫化物 复合材料。
(FeS 2 /NiS 2 )和双金属磷化物(FeP/Ni 2 P),考察和 FeS 2 或 NiS 2 合成方法同上,在 1.2.1 节合成过
比较了双金属硫化物和对应单一金属硫化物、双金 程中仅加入九水合硝酸铁或六水合硝酸镍。
属磷化物和对应单一金属磷化物以及 FeS 2 /NiS 2 和 将 FeS 2 和 NiS 2 两种原料直接物理混合的材料
FeP/Ni 2 P 两种材料的催化性能。 标记为 FeS 2 -NiS 2 。
1.2.3 FeP/Ni 2 P 复合材料的制备
1 实验部分
取铁/镍前驱物 20 mg 放于瓷方舟中,将其置于
1.1 试剂与仪器 持续通入 N 2 的管式炉内,然后在管式炉进气口端放
九水合硝酸铁〔Fe(NO 3 ) 3 •9H 2 O〕、六水合硝酸 置含有 400 mg 一水合次亚磷酸钠的瓷方舟,设置
镍〔Ni(NO 3 ) 2 •6H 2 O〕、浓硝酸、乙醇、硫粉、氢氧 管式炉程序,以恒定的升温速率(2 ℃/min)升温
化钾和一水合次亚磷酸钠(NaH 2 PO 2 •H 2 O)等购于 到 300 ℃后,焙烧 2 h,冷却到室温得到 FeP/Ni 2 P
中国国药集团化学试剂有限公司;正丁醇购于阿拉 催化剂材料。
丁试剂公司;三嵌段共聚物 P123(聚环氧乙烷-聚环 FeP 或 Ni 2 P 合成方法同上,在 1.2.1 节合成过
氧丙烷-聚环氧乙烷,EO 20 -PO 70 -EO 20 ,平均相对分 程中仅加入九水合硝酸铁或六水合硝酸镍。
子质量 5800)、全氟化树脂溶液(Nafion 溶液,质 将 FeP 和 Ni 2 P 两种材料直接物理混合的材料标
量分数 5%)、异丙醇购于德国 Sigma-Aldrich 公司。 记为 FeP-Ni 2 P。
所有试剂均为分析纯,使用前未作进一步处理,实 1.3 催化性能测试
验中用水均为去离子水。 析氧催化测试实验:电解液为氢氧化钾溶液
D8 Endeavor X 射线粉末衍射仪(XRD),德国 (1 mol/L),对电极为碳棒,参比电极分别为 Hg/HgO
Bruker 公司,X 射线源为 Cu K α;Hitachi S-4800 型高 电极,工作电极为实验合成的 FeS 2 /NiS 2 、FeP/Ni 2 P
分辨扫描电镜(SEM),日本 Hitachi 公司;JEM- 复合材料及其他对比材料制成的电极,扫速均为
2100F 型高分辨透射电镜(TEM),日本电子株式会 5 mV/s。测试线性扫描伏安(LSV)曲线前,进行
社(JEOL);CHI760E 电化学工作站,上海辰华仪 循环伏安活化测试,电势均采用可逆氢电势(RHE)
器有限公司。 表示。工作电极的制备方法如下:将 4 mg 活性物质
1.2 方法 (FeS 2 /NiS 2 、FeP/Ni 2 P)加入到含有 Nafion 溶液
1.2.1 铁/镍前驱物的制备 (16 µL,质量分数 5%)、异丙醇(264 µL)和去离
将 4.04 g(0.01 mol)九水合硝酸铁加入到含有 子水(520 µL)的混合溶液中,并超声 10~20 min
11 mL 正丁醇、1.32 mL 浓硝酸和 1.16 g 三嵌段共聚 得到工作电极溶液。然后,取上述混合溶液(12 µL)