一種帶有硫化鋁外殼的硫化鎳納米粉末材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料及其制備方法，屬于納米材料制備【技術領域】。該納米粉末材料為核殼結構，內核為NiS納米顆粒，外殼為Al2S3層；所述NiS納米顆粒內核的粒徑為10～100nm，所述Al2S3外殼層為非晶Al2S3層，其厚度為1～10nm。本發明采用等離子電弧放電法，將鎳粉和鋁粉按一定原子百分比壓制成塊體作為陽極材料，采用石墨作為陰極材料，引用氬氣和硫化氫氣作為工作氣體，陰極與陽極之間保持一定距離，陰陽極之間起電弧放電，即得帶有Al2S3外殼的NiS納米粉末材料。本發明制備過程簡單、無后處理工序及成本低，易于實現工業化生產。
【專利說明】一種帶有硫化鋁外殼的硫化鎳納米粉末材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料制備【技術領域】，具體涉及一種帶有硫化鋁(A12S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]金屬硫化物是一類非常重要的半導體材料。金屬硫化物納米材料在光催化材料、發光材料、非線性光學材料和光敏傳感器材料等方面的廣闊應用前景引起人們強烈的研究興趣。硫化物半導體在我們的生產與生活中起到了越來越重要的作用。作為一種有獨特性質的NiS，亦引起人們特別關注，因為當溫度超過其臨界溫度時，NiS會產生磁性和導電性能的轉變，即由順磁性的導體轉變為反鐵磁性的半導體。在太陽能電池、加氫脫硫催化反應，以及光電導材料和鋰-硫電池陰極材料等方面都有著廣泛的應用。目前，多種形貌的NiS納米材料被相繼合成出來，如納米晶、納米棒、三角狀納米棱柱、三維花狀等。然后由于NiS納米材料在應用中由于體積收縮變化帶來的破裂問題已經嚴重影響到NiS納米材料的實際應用。為了更好的解決這一問題，研究人員采用了核殼結構這一特殊的微觀結構，給NiS納米材料包裹上一層外殼，以達到保護作用?，F在被廣泛應用的外殼材料為碳材料，但是碳材料無法為S離子的傳輸提供足夠平滑的通道。因此，開發一種硫化物外殼的NiS納米材料，已經成為現在的研究熱點。帶有Al2S3外殼的NiS納米粉末材料未見報導。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料及其制備方法。
[0004]本發明提供了一種帶有硫化招(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料,該納米材料為核殼結構，內核為硫化鎳(NiS)納米顆粒，外殼為硫化鋁(Al2S3)層；所述NiS納米顆粒內核的粒徑為10?lOOnm，所述Al2S3外殼層為非晶Al2S3層，其厚度為I?10nm。
[0005]本發明還提供了上述帶有硫化招(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料的制備方法，該材料是利用等離子體電弧放電技術，在工作氣體下原位制備得到；其中:
[0006]采用石墨電極為陰極，鎳鋁粉末塊體為陽極靶材，陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持2?30mm的距離；電弧放電的電壓為10?40V ;工作氣體為氬氣和硫化氫氣體。
[0007]所述陽極為鎳鋁粉末塊體，將鎳粉和鋁粉在壓強IMpa?IGpa下壓制成塊體作為等離子電弧爐的陽極材料，所述陽極材料中鎳所占的原子百分比為95?99%。
[0008]所述工作氣體氬氣的分壓為0.01?0.5Mpa，硫化氫氣體的分壓為0.01?0.3MPa。
[0009]相對于現有技術，本發明的突出優點在于
[0010]I)本發明首次制備出了帶有硫化招(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料；
[0011]2)本發明制備過程條件簡單，易于控制，為帶有Al2S3外殼的NiS納米粉末材料的實際應用提供了條件；
[0012]3)本發明所制備納米粉末材料，由于Al2S3外殼的存在能有效控制NiS納米顆粒在充放電過程之中的破裂問題，使帶有Al2S3外殼的NiS納米粉末材料成為鋰-硫電池負極強有力的候選材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為制備本發明帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料的裝置示意圖；
[0014]其中:1、上蓋；2、陰極；3、閥;4、革巴;5、觀察窗；6、擋板；7、銅陽極；8、夾頭；9、石墨坩堝；10、直流脈動電源；a、冷卻水；b、氬氣；c、硫化氫氣。
[0015]圖2為本發明制備的帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料的X-射線衍射(XRD)圖譜；
[0016]根據JCPDS PDF卡片(JCPDS卡，N0.65-3686)，可以檢索出所得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料主相為NiS晶相構成，由于Al2S3是非晶態，且處于外殼，所以XRD無法檢測出Al2S3相。
[0017]圖3為本發明制備的帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；
[0018]從圖中可以看出所得產物具有核殼結構，NiS納米顆粒內核的粒徑為10?lOOnm，Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0019]圖4為本發明所制備的帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料的高分辨透射電子顯微鏡圖像；
[0020]從圖中可以看出所得帶有硫化招(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料內核具有規則的NiS晶格條紋，外殼為非晶的Al2S3外殼。

【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合實施例對本發明作進一步的描述，但本發明不局限于下述實施例。
[0022]實施例1
[0023]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比99:1)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持30mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.5Mpa，硫化氫氣的分壓為0.3Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為40V。弧光放電過程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0024]實施例2
[0025]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比95:5)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持2mm的距離。蓋上裝置上蓋I，通冷卻水a，通過閥3把整個工作室抽真空后，通入氬氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.0lMpa，硫化氫氣的分壓為0.0lMpa,接通直流脈動電源10，電壓為10V?；」夥烹娺^程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(A12S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0026]實施例3
[0027]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比98:2)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持1mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.1Mpa，硫化氫氣的分壓為0.1Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為20V?；」夥烹娺^程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0028]實施例4
[0029]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比97:3)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持1mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.1Mpa，硫化氫氣的分壓為0.1Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為20V。弧光放電過程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0030]實施例5
[0031]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比98:2)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持1mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.2Mpa，硫化氫氣的分壓為0.2Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為30V。弧光放電過程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0032]實施例6
[0033]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比98:2)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持20mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.4Mpa，硫化氫氣的分壓為0.1Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為30V。弧光放電過程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
[0034]實施例7
[0035]將圖1所示的裝置上蓋I打開，用石墨作陰極2固定在夾頭8上，所消耗陽極靶材4的成分為純鎳粉與純鋁粉(原子比98:2)壓成的塊體，放在通冷卻水的銅陽極7上，在通冷卻水的銅陽極和靶材之間是石墨坩堝9。陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持20mm的距離。蓋上裝置上蓋I,通冷卻水a,通過閥3把整個工作室抽真空后,通入IS氣b和硫化氫氣C，氬氣的分壓為0.1Mpa，硫化氫氣的分壓為0.1Mpa,接通直流脈動電源10，電壓為40V?；」夥烹娺^程中調節工作電流與電壓保持相對穩定。制得帶有硫化鋁(Al2S3)外殼的硫化鎳(NiS)納米粉末材料，具有核殼結構，晶態NiS納米顆粒內核的粒徑為10?10nm,非晶Al2S3層的厚度為I?1nm0
【權利要求】
1.一種帶有硫化招外殼的硫化鎳納米粉末材料，其特征在于，該納米材料為核殼結構，內核為硫化鎳納米顆粒，外殼為硫化鋁層； 所述硫化鎳納米顆粒內核的粒徑為10?10nm ;所述硫化鋁外殼層為非晶硫化鋁層，其厚度為I?10nm。
2.如權利要求1所述帶有硫化鋁外殼的硫化鎳納米粉末材料的制備方法，其特征在于:該材料是利用等離子體電弧放電技術，在工作氣體下原位制備得到；其中: 采用石墨電極為陰極，鎳鋁粉末塊體為陽極，陰極石墨電極與陽極鎳鋁粉末塊體之間保持2?30mm的距離；電弧放電的電壓為10?40V ;工作氣體為氬氣和硫化氫氣體；所述陽極材料中鎳所占的原子百分比為95?99% ;所述氬氣的分壓為0.01?0.5Mpa,硫化氫氣體的分壓為0.01?0.3MPa。
【文檔編號】C01G53/11GK104386766SQ201410557631
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】孫玉萍, 劉先國, 徐麗俠, 王逸然 申請人:安徽工業大學