介绍
硫化镍（NiSₓ，涵盖 NiS、Ni₃S₂、Ni₃S₄、NiS₂等多种物相）天然丰度高、制备成本低、电子导电性优异、氧化还原活性可调的核心优势，逐渐成为贵金属催化剂的替代材料，在能源转化、能源存储、环境治理等领域展现出广阔的应用前景。
图一 硫化镍
应用
硫化镍因优异的电子捕获能力与载流子分离效率，可以作为光催化产氢体系中的助催化剂，尤其在与石墨相氮化碳（g-C₃N₄）等半导体复合后，性能实现跨越式提升。
硫化镍的光催化助催化性能与其物相紧密相关。通过调控制备过程中镍源与硫源的摩尔比、反应温度等参数，可实现硫化镍物相的精准控制：当镍源浓度为 1 mmol（100 mL 反应体系）、Ni:S 摩尔比为 1:1.5 时，主要生成α/β-NiS 混合相（β-NiS 为优势晶相）；若镍源浓度提升至 2 mmol，或 Ni:S 比例调整为 1:2，则倾向于生成 Ni₃S₄或 NiS₂。不同物相的催化活性差异显著：纯 α-NiS 与 g-C₃N₄纳米片（CNNs）复合时，光催化产氢速率仅为 500.2 μmol・g⁻¹・h⁻¹；纯 β-NiS/CNNs 体系的产氢速率提升至 1167.1 μmol・g⁻¹・h⁻¹；而α/β-NiS 混合相 / CNNs 复合体系的产氢速率高达 24634.04 μmol・g⁻¹・h⁻¹，是纯 CNNs 的 209 倍，甚至优于传统 Pt/CNNs 体系。
α/β硫化镍混合相通过相界面协同效应构建了高效的电子传输通道，α 相的高电子迁移率与 β 相的强吸附能力结合，不仅加速了光生电子从 CNNs 向硫化镍的转移，还通过吸附水中的OH⁻形成可逆反应，降低了氢析出反应（HER）的活化能，同时抑制了电子 - 空穴对的复合（α/β-NiS/CNNs 的电子寿命为 5.15 ns，长于 α-NiS/CNNs 的 4.26 ns 与 β-NiS/CNNs 的 4.10 ns）。
图二 硫化镍光催化析氢的机理图
与半导体的协同增效
硫化镍与半导体g-C₃N₄、TiO₂、ZnCdS构建的异质结构，通过硫化镍纳米颗粒负载于 2D CNNS 表面能够实现高导电性与低阻抗性。NiS中的Ni-Ni键使其具有类金属导电性，复合后体系的电荷转移电阻从纯 CNNs 的数千欧姆降至 0.6 kΩ，加速了界面电荷迁移。CNNs的导带电位为- 1.12 eV，α/β-NiS的导带电位为- 0.48 eV，它们的能带差异在界面形成肖特基势垒，有效阻止光生电子从硫化镍回流至CNNs，进一步抑制载流子复合。NiS纳米颗粒的均匀分散使体系的电化学活性表面积显著提升，其双电层电容达 29.5 μF・cm⁻²，提供了更多活性位点。此外，硫化镍与其他半导体的复合也展现出优异性能。NiS/TiO₂介晶体系通过光沉积法将 NiS 纳米颗粒负载于 TiO₂介晶的侧面，实现电子从 TiO₂向 NiS 的定向转移，光催化产氢活性较纯 TiO₂提升 10 倍以上。构建 S 型电荷转移路径，兼顾强氧化还原能力与高载流子分离效率。
作为HER/OER催化剂
硫化镍在碱性电解质中具有优异的氢析出（HER）与氧析出（OER）活性，经过表面羟基化处理的NiS，其HER过电位在电流密度为 - 5 mA・cm⁻² 时仅为- 0.75 V；而 Ni₃S₄/Ni foam复合电极的 OER 过电位在 10 mA・cm⁻² 时为 320 mV，且循环 1000 次后性能无明显衰减。Ni²⁺易被氧化为Ni³⁺，形成具有高活性的 NiOOH/NiS 异质界面，同时 S 元素的存在可调控 Ni 的电子结构，优化 H * 吸附能与OH⁻迁移速率。
超级电容器
硫化镍因具有可逆的氧化还原反应与高导电性，可以作为超级电容器的电极材料。将NiS纳米片嵌入电纺碳纤维中构建的复合电极，其比电容可达 1200 F・g⁻¹（电流密度 1 A・g⁻¹），且循环 5000 次后电容保持率仍达 85%，碳纤维的多孔结构不仅解决了 NiS 在充放电过程中的体积膨胀，还加速了电解液离子的传输；而 NiS 的 redox 活性则为电容贡献提供了主要来源。此外，Ni₃S₄/ 石墨烯复合电极的比电容可达 1500 F·g⁻¹，且倍率性能优异，在10 A・g⁻¹ 电流密度下仍保持 80% 的电容 retention，展现出在高性能超级电容器中的应用潜力。
环境治理
硫化镍的光催化活性不仅限于产氢，还可用于有机污染物的降解。NiS₂纳米片对苯酚、罗丹明 B 等有机污染物的光催化降解效率可达 90% 以上，其机制是：硫化镍产生的光生空穴与・OH 自由基具有强氧化性，可将有机分子分解为 CO₂与 H₂O。此外，硫化镍对重金属离子（如 Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺）具有强吸附能力，NiS 表面的 S²⁻可与重金属离子形成稳定的硫化物沉淀，吸附容量可达 200 mg・g⁻¹ 以上，且吸附后材料易于分离回收[1]。
参考文献
[1]Xue W ,Xing S ,Li D , et al.Concentration-controlled phase of nickel sulfide cocatalysts for enhanced photocatalytic hydrogen evolution[J].Journal of Alloys and Compounds,2025,1040183630-183630.DOI:10.1016/J.JALLCOM.2025.183630.