[发明专利]一种镍磷/二硫化钼析氢复合材料的制备方法

摘要

一种镍磷/二硫化钼析氢复合材料的制备方法，其主要是以钼酸铵、硫脲、硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵、N,N‑二甲基乙酰胺、氯化亚锡、氯化钯和盐酸为主要试剂，首先制备层状二硫化钼微粒，然后对其进行剥离处理，再对剥离处理后的二硫化钼进行敏化和活化处理，之后再采用化学镀技术在其表面沉积镍磷镀层，最后在氮气保护氛围下对其进行热处理，制得了镍磷/二硫化钼复合材料。本发明制备工艺简便、实施过程易于控制，制备的镍磷/二硫化钼复合材料的耐磨性能优良，且其催化析氢性能优良，可大幅提高二硫化钼的析氢性能，能有效推进氢能源的开发与利用。

主权项

一种镍磷/二硫化钼析氢复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)层状二硫化钼微粒的制备：①所用化学原料：钼酸铵、硫脲、去离子水，其用量有如下质量比例关系：钼酸铵：硫脲：去离子水＝1.4：0.3：20；②层状二硫化钼微粒的制备：首先将去离子水加入到容器中，然后依次将钼酸铵和硫脲加入到去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，然后将溶液转入不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖，并将该反应釜置于炉堂温度为200℃的电炉中，在此温度下使溶液中的钼酸铵和硫脲水热反应24h；关闭电炉电源使其自然冷却至室温，之后打开炉门将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，对反应釜内的溶液进行离心分离，离心机转速为3000rpm/min，离心时间为10min，然后依次用无水乙醇和去离子水离心洗涤所得的二硫化钼微粒各3次，离心机转速为3000rpm/min，离心时间为10min；之后将离心洗涤后的二硫化钼微粒置于真空干燥箱中干燥处理15h，干燥温度为60℃、真空度为0.05Mpa；最后将干燥后的固体研碎为超细粉末，制得平均粒径为3μm的层状二硫化钼微粒；(2)层状二硫化钼微粒的剥离：①所用化学原料步骤(1)制备的层状二硫化钼微粒、N,N‑二甲基乙酰胺，其用量有如下质量比例关系：二硫化钼微粒：N,N‑二甲基乙酰胺＝1：200；②层状二硫化钼微粒的剥离处理：首先将N,N‑二甲基乙酰胺置于磨口锥形瓶内中，然后将层状二硫化钼微粒加入到锥形瓶内并盖上玻璃塞子，置于功率为500W的超声波清洗器中，超声振荡24h，使二硫化钼微粒充分剥离，24h后关闭超声波清洗器电源，制得剥离处理的二硫化钼悬浊液；(3)二硫化钼微粒的敏化与活化处理：①所用化学原料：步骤(2)的二硫化钼悬浊液、氯化亚锡、氯化钯、质量浓度为36％的浓盐酸、去离子水；其用量有如下质量比例关系：二硫化钼悬浊液：氯化亚锡：氯化钯：浓盐酸：去离子水＝10：0.05：0.001：0.1：20；②敏化与活化处理过程：a、二硫化钼微粒的敏化处理：首先分别量取质量分数为50％的去离子水和质量分数为60％的浓盐酸，并依次将其加入到容器中，搅拌均匀得盐酸水溶液，然后将氯化亚锡加入到盐酸水溶液中，搅拌使氯化亚锡充分溶解；之后将二硫化钼悬浊液加入溶液中，并将此混合溶液置于500W的超声波清洗器中进行超声处理，超声振荡时间为20min；之后将超声处理后的混合溶液离心分离收集二硫化钼微粒，离心机转速为3000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水离心洗涤敏化处理后的二硫化钼微粒2次；b、二硫化钼微粒的活化处理：分别将剩余的质量分数为50％的去离子水和质量分数为40％的浓盐酸加入到容器中，搅拌、混合均匀得到盐酸水溶液；之后将氯化钯固体加入到盐酸水溶液中，搅拌使氯化钯充分溶解，得到氯化钯溶液；然后将敏化处理后的二硫化钼微粒加入到氯化钯溶液中，将此混合溶液置于500W的超声波清洗器中进行超声处理，超声振荡时间为20min；超声处理处理后对混合溶液进行离心分离收集二硫化钼微粒，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水离心洗涤二硫化钼微粒5次；(4)化学镀镍磷镀液的配制：①所用化学原料：硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵，上述各原料用量有如下质量比例关系：硫酸镍：次亚磷酸钠：柠檬酸：丁二酸：醋酸钠：氟化氢铵＝25～30：10～15：20～25：3～5：3～5：3～5；②镀液配制过程：首先将硫酸镍、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵依次加入到盛有1L去离子水的容器中，并将容器置于磁力搅拌器上，加热使溶液的温度为50～60℃，使加入的试剂完全溶解，再将次亚磷酸钠加入到溶液中，搅拌使其溶解，将溶液温度自然冷却至室温；然后用滴管将质量百分浓度为25％的氨水溶液逐滴滴加到溶液中，磁力搅拌，并调整烧杯中溶液的pH值为4.4～4.8，再将溶液缓慢磁力搅拌20～30min，制得制备镍磷镀层所用的化学镀液；(5)镍磷/二硫化钼析氢复合材料的制备：①所用原料：步骤(3)的二硫化钼微粒、步骤(4)配制的化学镀镍磷镀液，上述原料用量有如下质量比例关系：二硫化钼微粒：化学镀镍磷镀液＝1：150；②二硫化钼微粒表面镍磷镀层的沉积：室温下将二硫化钼微粒加入到化学镀镍磷镀液中，并将镀液温度自室温升高至83～88℃；自二硫化钼微粒加入到镀液中始到施镀结束的整个过程中，镀液需搅拌，搅拌速率为150rpm/min，施镀时间为40～60min，施镀过程中镀液温度控制为83～88℃；施镀结束后对镀液进行过滤，收集镍磷/二硫化钼微粒，并用去离子水离心洗涤镍磷/二硫化钼微粒3次，离心机转速3000r/min，每次洗涤时间为10min，之后将洗涤后的镍磷/二硫化钼微粒置于真空干燥箱中干燥处理12h，干燥温度为60℃、真空度为0.05MPa；③镍磷/二硫化钼微粒的热处理：将干燥处理后的镍磷/二硫化钼微粒置于管式电炉中热处理，热处理温度为360～400℃，热处理时间为150～180min，自镍磷/二硫化钼微粒置于管式电炉中始到热处理结束关闭电炉电源的整个过程中，通氮气保护，氮气的流速为50mL/min；待热处理所需时间满足后，关闭电炉电源使电炉自然冷却，此时将氮气的流速调整为20mL/min，待电炉炉膛温度冷却至室温时，首先关闭氮气进气阀，然后将镍磷/二硫化钼固体颗粒自管式电炉中取出，将其研碎为细小粉末，即得到平均粒径为8μm的镍磷/二硫化钼析氢复合材料。