氧化镍的认识制备及应用

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1、纳米氧化镍的认识，制备及应用一、认识纳米氧化镍纳米概念包括“尺度”与“效应”两个方面，在临界尺度下，材料的性能会 产生突变。氧化镍是一种典型的型半导体，具有良好的热敏和气敏等特性，是一 种很有前途的功能性材料。随着纳米氧化镍的超细化，其表面结构和晶体结构发 生了独特改变，导致产生了表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧 道效应，从而使纳米氧化镍具有优异的催化性能、电学性能等。基于这一系列优 异特性，纳米氧化镍常用作催化剂、传感器和电池电极材料。氧化镍(Nickel(II) oxide)，化学式：NiO,分子量：74.71，外观为绿黑 色立方晶体。溶于酸和氨水，不溶于水。受热时颜色变黄。

2、别称：绿色氧化镍, 氧 化亚镍, 一氧化镍, 绿色氧化镍等 。氧化镍 NI2O3 (VK-N10,VK-N30,VK-N150),也叫氧化高镍，分子量：165.40, 是深灰色到灰黑色粉末。溶于热盐酸并放出氯气。溶于硫酸和硝酸并放出氧气。 600 度分解为氧化镍和氧气。别称：过氧化镍；黑色氧化镍；氧化镍黑；氧化镍； 氧化镍 75%二、纳米氧化镍的制备配制一定浓度的硫酸镍和碳酸氢铵溶液，向硫酸镍溶液中加入适量表面活性 剂吐温-80,混合均匀。40C时，将硫酸镍溶液滴加到碳酸氢铵溶液中，搅拌30 min；控制温度在90 C,加50 mL蒸馏水于混合溶液中，pH值保持在9.0, 继续搅拌60 min

3、后，得到草绿色氧化镍前体。将前体置于烘干箱中约120 C 下充分干燥再研碎过筛，即得氧化镍前体粉末；然后将粉末分组放入坩埚中置入 马弗炉下煅烧，自然冷却即得氧化镍粉体。(一). 氧化镍及前体的表征沉降体积的测定：准确称取0.2g前体，放入10 mL具塞量筒中，添加液体 石蜡至刻度线，摇匀然后用超声波清洗器处理15 min再振荡至完全悬浮，反复 5 次，记录一定时间内沉降物所占体积。其结果以单位沉降物所占体积表示 (mL/g)，由沉降体积达到最小值来确定最佳分散剂用量。用X射线衍射法 (XRD)分析样品的结构，测定晶粒的大小；用扫描电子显微镜(SEM)分析样品 的形貌。(二).氧化镍的制备方法1

4、. 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NHHC03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。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

5、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500C 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3860nm的氧化 镍，其收率可达 79%。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

6、和CO(NH2) 2的摩尔比为1：4 ,反应温度和煅烧温度分别为90 C和400 C。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

7、，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. 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。三、纳米氧化镍的实际应用1.纳米氧化镍用于催化剂中：纳米NiO （VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应）是一种催化作用较好的氧化 催化剂，

8、Ni2+具有3d轨道，对多电子氧具有择优吸附的倾向，对其它还原气体 也有活化作用，并对还原气体的O2起催化作用，在有机物的分解合成，转化过 程中，如汽油氢化裂化，是石化处理中烃类转化，重油氢化过程中，纳米 NiO 是良好的催化剂。在天然气的催化燃烧中，为了避免反应温度过高使空气中的 N2氧化生成NOx，并有未燃烧完全的CO产生，使用NiO / CuO Zr02复合催化 剂提高了其高温稳定性。在制备纳米碳管的过程中，用到了 NiO/Si02复合催化 剂，并且Ni含量较高时，合成的碳纳米管收得率高，管径分布窄，而NiO的含 量及形状直接影响着碳纳米管的产量及性状。在废水处理中， NiO 是除去其中

9、 CH4，氰化物，N2,促使NOx分解的催化剂。纳米NiO作为光催化降解酸性红的 催化剂，在处理有机染料废水中，效果非常显著。2.纳米氧化镍用于陶瓷添加剂与玻璃染色剂：陶瓷制品中用纳米NiO （VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应）来提高其冲击 力，当加入NiO（O. 02（wt）%）,还可以提高材料的各项电性能，如压电性能和 介电性能。在玻璃中加纳米NiO主要是控制玻璃的颜色，在能吸收紫外线的着色 稳定的棕色透明玻璃中就含少量的NiO。透明玻璃镜和装饰用玻璃中，均添加了 适量的纳米NiO作着色剂。3纳米氧化镍应用于传感器（VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应）

10、：NiO是近几年来越来越受到重视的气体传感器材料。目前已有用纳米NiO制作成 的甲醛传感器，CO传感器，H2传感器等应用于实际生产。4纳米氧化镍用于电池电机材料方面：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 （VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应）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

11、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.（1.）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，HeJiaun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 （VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应）。(2 )在电化学电容器中的应用(VK-N10,VK-N30,VK-N150,万景供应)：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 钻锂材料(LiNixCOl. 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。