[发明专利]一种纳米金属硫化物材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属硫化物纳米材料的合成技术和电化学储氢材料领域，具体地说是二乙氨基二硫代甲酸(DDTC)和硝酸盐在水溶液中均相沉淀法制备硫化物纳米材料方法；制得的材料具有良好的电化学储氢性能与电化学储氢循环性能，是一种潜在的电池负极材料。

背景技术

当前人类社会正面临着以化石资源为主的能源日益枯竭和严重的环境污染问题，大力发展新能源，提高能源使用效率，已成为我国可持续发展战略所必须考虑的重大课题。氢能作为21世纪的崭新能源，以其可再生性、高燃烧值和良好的环保效应成为未来最具发展潜力的能源载体，并且有可能改变未来的能源结构，其中氢的储存技术是氢能得以应用的技术瓶颈之一。其主要技术有高压气态储氢、低温液氢储氢、金属氢化物储氢、有机溶剂储氢和在多孔吸附剂上的吸附储氢等。与其他储氢方式相比，以镍氢电池形式存在的电化学储氢被认为是一种低温、危险性低和可应用的氢储存方式。

电化学储氢方式要求其负极材料具有储氢比能量密度高、充放氢速度快的特点。多年来，材料化学家们已经在寻找和合成新型电化学储氢材料方面进行了大量的研究，通过控制合成储氢材料的形貌、结构和组成，以及增加储氢材料的比表面积，一大批具有电化学储氢性能的材料被发现。如各种具有大比表面的多孔碳材料，金属氧化物或氢氧化物纳米结构如ZnO，CuO，Zn(OH)₂，Cu(OH)₂，Co(OH)₂，各种金属或金属合金，还有各种具有一维纳米管状材料如碳纳米管和三维微米纳米结构等都具有优良的电化学储氢性能。然而，制备新型高效稳定的电化学储氢材料，仍然是一个艰巨的任务。

近年来，许多硫化物特别是具有特殊微纳结构的硫化物被发现具有良好的电化学储氢性能。用一步自组装方法制备多尺度纳米多孔MoS₂立方块以(NH₄)₂MoS₄ 和H₂直接反应制备的纳米MoS₂纳米管，都发现具有良好的电化学储氢性能，分别在第一个充放电循环具有375 mAh /g和260 mAh/g的放电量。用无模板水热的方法制备的Sb₂Se₃纳米线和介孔棒结构，在镍氢电池第一个循环也具有约225 mAh/g的放电容量。此外，花状的Bi₂S₃和多孔海绵状Ni₃S₂也都具有一定的电化学储氢容量。然而，在硫化物电化学储氢研究中还存在电化学储存性能不稳定、容易电化学腐蚀以及还有法拉第电流干扰等问题。开发电化学储氢性能稳定的具有特殊形貌的硫化物材料，仍然受到科学家们的关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米金属硫化物材料的制备方法，该方法以碱性环境中具有良好稳定性金属硫化物材料出发，通过均相沉淀，在结构导向剂的作用下，控制硫化物材料的表面特性、结构特征、外观形貌和比表面积，并对其相应的电化学储氢性能进行测试，获得了具有良好电化学储氢性能的新型纳米材料。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种纳米金属硫化物材料的制备方法，特点是二乙氨基二硫代甲酸(DDTC)和硝酸盐在水溶液中均相沉淀制备二乙氨基二硫代甲酸盐。通过高温焙烧得到金属硫化物，具体包括以下步骤：

将摩尔比为4～1∶1的硝酸盐与二乙氨基二硫代甲酸(DDTC)分别溶解于去离子水中，溶解完全后，将两种溶液混合，磁力搅拌20min，迅速产生沉淀，搅拌至沉淀完全。减压抽滤，将产物用去离子水与无水乙醇洗涤多次，放入真空干燥箱50℃真空干燥5h。研磨后，得到二乙氨基二硫代甲酸盐。将得到的产物在300-500℃高温热分解即得所述纳米金属硫化物材料；其中：

硝酸盐或二乙氨基二硫代甲酸与去离子水的物质的量之比为1:20。

所述硝酸盐为硝酸铅、硝酸钴、硝酸铬、硝酸锰或硝酸铜。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

（1）本发明首次用均相沉淀合成方法制备了具有特殊形貌的微纳金属硫化物材料，其方法简单易行，将可能为Ni-MH电池负极材料制备提供一种新思路。

（2）所得材料为不规则的多孔结构。浪花状的多孔的结构使得材料具有大的比表面积，为氢的储存提供了条件。

（3）所用原料资源丰富，制备成本较低。所用的原料为常见金属盐类，价格低廉，大规模生产的物质基础雄厚。