纳米氧化镍的认识

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。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。40 ℃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 ℃，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后，得到草绿色氧化镍前体。将前体置于烘干箱中约120 ℃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wq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），由沉降体积达到小值来确定佳分散剂用量。 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.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。

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%。

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

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xc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，zh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wq；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，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wq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）：

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，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（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、少污染以及工作寿命长等优点。