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纳米氧化镍综述

2018年4月9日 16:54  化工知识
关键字:氧化镍

1、氧化镍性质    

  氧化镍的化学式为NiO,是一种绿色至黑绿色立方晶系粉末,密度为  6.6---6.89/cm3,熔点为1984℃,溶于酸和氨水,不溶于水和碱液。Ni原子周围有6个O原子,O原子周围也有6个Ni原子,他们的配位数均为6。由于多面体的型式主要取决于正负半径比,且Ni2 的半径值为69pm,0的半径值为140pm, 正负离子的比值为0.1507,大于O.1414,所以得出氧化镍是八面体配位,也是由于这样的特殊结构成为了氧化镍不导电的主要原因。 过渡金属氧化物 P型半导体  

2、应用  

2.1催化剂  乙烷脱氢制乙烯的反应过程中作为催化剂,在甲酸盐分解中的非凡催化作用  

2.2纳米NiO在光电材料方面的应用      

  能产生3.55eV的不连续光带,呈现出很强的原子电致变色特性 。以此材料制成的灵巧窗不仅可根据季节的变化改变最佳光,还可以实现对光能控制的智能化;以此材料制成的反光镜用于汽车后视镜,可 以根据改变电致变色层的吸收特性达到强光照射下的无炫光效果,已成为美国多数汽车制造商提供的标准配置。 

2.3纳米NiO在电池、电极材料方面的应用      

  普通氧化镍蓄电池放电30min后,其端电压就接近衰竭,而纳米氧化镍蓄 电池到了90min以后才出现衰竭,表现出良好的 放电性能。产生这一现象的原因是因为这些纳米微 粒与导电材料分布于正极活性物质的空隙中,这样既有利于电子电荷的传递,也有利于离子电荷的传递。并且其小尺寸效应增加了活性物质的空隙率和反应的表面积。普通氧化镍蓄电池一开始就表现为 较大电流的充电,而纳米氧化镍蓄电池则表现为小电流充电,60min后电流趋于相等,表现出良好的充电性能。因此纳米氧化镍蓄电池具有优良的应用前景。有研究表明颗粒状氧化镍比针形氧化镍具有更好的电化学性能和更高的比电容.  

 2.4新型光电化学太阳能电池 (DSSC)中的应用     

   为了提高 DSSC效率和稳定性,HeJia~un等 ¨考虑到NiO作为P型半导体 具有稳定性和宽带隙等优点而首次将其作 为 DSSC 中的阴极。

2.5在电化学电容器中的应用      

  过渡金属氧化物RuO ,IrO等作为电极材料虽具有较大比容,但由于高成 本限制了其商品化。LiuXianming等  制成的海胆状纳米NiO电极材料具有典型的电容性能,恒流充放 电实验证明电极材料比容可达290F/g,循环使用500次以后仍具有217F/g。WangYonggang 等 。利用复制模板SBA一15合成的有序中空结构纳米NiO电容量可达 120F/g。还有一种复合材料制作的电池如氧化镍钴锂材料(LiNixC01.x02)电池,它综合了LiNi02和LiC002各自的优点,具有电压高、放电电压平稳,电容量大 ,低温性能好、无污染以及工作寿命长等优点。

3、制备方法  

 3.1化学沉淀法     

  通常以NiC12,NiSO4或 Ni(NO3)2。为原料,NaOH或氨水为沉淀剂合成纳 米NiO。但由于滴加NaOH或氨水,容易导致局部沉淀剂浓度过高,造成产物颗粒大小不均、易团聚等现象。因此多采 用能逐渐释放沉淀剂NHOH的尿素或NHHCO3的均相沉淀法。化学沉淀法中原料来源、反应物配 比、溶液的pH、反应温度和煅烧温度等因素对产品的产率和平均粒径均有较大的影响。  

 3.1.1有李君瑜硕士论文研究表明,选用沉淀剂NaCO3与含6结晶水的NiC12摩尔比为1.1:1,反应温度为50摄氏温度,反应30min,微波重活干燥10min,马弗炉400摄氏度焙烧2h,为最佳工艺条件可制得粒径为15nm左右的氧化镍。  3.1.2称取 48g的氯化镍和 30g尿素 ,置于 500ml烧 瓶 中,加入 120ml左右 的蒸馏水 ,搅拌使之完全溶 解 ;然后加热混合溶液使之沸腾 ,同时保持 比较快的搅拌速度 ,使溶 液保持沸腾 。回流 80~90min后 ,将烧瓶立 即取下并置于 自来水 中冷却 20min。抽滤沉淀 ,用蒸馏水洗 3~4次 ,得到氢氧化镍沉淀。将沉淀放入鼓风干燥箱 中干燥 6~7h,温度控制在 8O ℃左右 。干燥 后放入 马弗炉 中 500~650℃煅烧 2~ 3h可得 到氧化镍粉末 。另外尿素适 当过量 ,有利于氢氧化镍收率 的提高。随热处理温度升高,氧化镍 晶粒 明显增大 ,温度控制在 600℃,时间为 2~3h。  以氯化镍为原料尿素为沉淀剂可制得粒径小、分散好、收率高的纳米氧化镍粉体,表面活性剂 NP-10 可以减小纳米氧化镍粒子 的粒径阻止粉体团聚,NP-10  的浓度在临界胶 束 ( 8  × 10 - 4 mol / L)  范 围内 , 氧化镍的粒径随表面活性剂浓度增加而减小,当NP-10 的浓度达到 8 × 10 - 4 mol / L, 增大表面活性剂浓度 ,NiO  的粒径变化不再明显. 当 NP-10的浓度为10 倍  cmc  时  制得 的纳米氧化镍不再是球形,而是针状。  加入有机溶剂乙醇和正丁醇可以减少氧化镍粉体的团聚,实验结果表明加入正丁醇 的效果要 比加入乙醇 的好.增加 NiO 前驱物 Ni( OH) 2的烧结温度 ,纳米 NiO 粉体 团聚 明显增大. 在 300  ℃ 下烧结得 到的粉体分散最好.  

  3.1.3以硫酸镍为原料,碳酸氢铵为沉淀剂,吐温-80 作为添加剂,采用液相沉淀法,在水溶液中获得前体,然后经煅烧制备纳米氧化镍粉体。采用XRD 和 SEM 对其结构和形貌进行表征,系统地研究了硫酸镍与碳酸氢铵的摩尔比、反应时间、热处理温度以及吐温-80 用量对纳米氧化镍收率和粒径的影响。研究结果表明,在硫酸 镍与碳酸氢铵的摩尔比 1 ∶4 、吐温-80 与硫酸镍溶液体积比为1.25 ∶100、反应时间105 min、热处理温度500℃ 和吐温-80 用量为硫酸镍溶液体积的1.25%的条件下,可获得粒径为38 ~60nm 的氧化镍,其收率可达79%。

  3.1.4采用均匀沉淀法制备了分散性良好、粒子呈球状、平均粒径在15 nm 左右的立方晶系纳米氧化镍粒子。实验结果表明,反应物料配比、反应温度和煅烧温度对产品的产率和平均粒径有较大的影响。经过一系列的实验,得出的最佳工艺条件为: 反应物Ni (NO3) 2·6H2O 和CO(NH2) 2 的摩尔比为1∶4 ,反应温度和煅烧温度分别为90 ℃和400 ℃。本实验方法操作简单、制得的纳米粒子性能优良,具有一定的工业化生产价值 。

3.2醇溶剂法    

  传统的水系液相法制备的纳米粉体中普遍存在团聚现象,表明这些工艺存在一定的缺陷。醇溶剂法可以消除传统水液相法的团聚现象。在湿法制备纳米氧化镍过程中,每个阶段都可能产生团聚体。发生团聚的主要根源首先是沉淀颗粒表面存在非架桥羟基,其次是沉淀颗粒在脱水干 燥过程中毛细管收缩作用。而醇溶剂法中用醇作溶 ,避免了非架桥羟基的形成及脱水干燥过程中毛细管收缩作用。同时,由于前驱体粒子中存在物理 和化学吸附醇,能够进一步阻止颗粒靠近,所以有效防止了团聚的形成。而在加热过程中,物理吸附醇首先被脱去,随着温度的升高,发生脱水和转移化学 吸附醇现象,最后释放出CO,,得到NiO粉体。 

 3.3低热固相法     

   研磨时间、煅烧温度以及原料的选择对产物粒径大小及分散性能都有很大的影响。研磨时间过短,反应物接触不充分、不均匀,容易导致产物粒径大小不一。在分解过程 中煅烧温度过 低,前驱物分解不完全;煅烧温度过高导致产物的粒 径增大,在前驱物的分解温度下煅烧前驱物所得的产品性能方为良好。

 

 

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