納米氧化鎳的認(rèn)識(shí)，制備及應(yīng)用

一、認(rèn)識(shí)納米氧化鎳

納米概念包括“尺度”與“效應(yīng)”兩個(gè)方面，在臨界尺度下，材料的性能會(huì)產(chǎn)生突變。氧化鎳是一種典型的型半導(dǎo)體，具有良好的熱敏和氣敏等特性，是一種很有前途的功能性材料。隨著納米氧化鎳的超細(xì)化，其表面結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了獨(dú)特改變，導(dǎo)致產(chǎn)生了表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，從而使納米氧化鎳具有優(yōu)異的催化性能、電學(xué)性能等?；谶@一系列優(yōu)異特性，納米氧化鎳常用作催化劑、傳感器和電池電極材料。

氧化鎳（Nickel(II) oxide），化學(xué)式：NiO，分子量：74.71，外觀為綠黑色立方晶體。溶于酸和氨水，不溶于水。受熱時(shí)顏色變黃。別稱(chēng)：綠色氧化鎳, 氧化亞鎳, 一氧化鎳, 綠色氧化鎳等 。

氧化鎳NI2O3（VK-N10,VK-N30,VK-N150），也叫氧化高鎳，分子量：165.40，是深灰色到灰黑色粉末。溶于熱鹽酸并放出氯氣。溶于硫酸和硝酸并放出氧氣。600度分解為氧化鎳和氧氣。別稱(chēng)：過(guò)氧化鎳；黑色氧化鎳；氧化鎳黑；氧化鎳；氧化鎳75%

二、納米氧化鎳的制備

配制一定濃度的硫酸鎳和碳酸氫銨溶液，向硫酸鎳溶液中加入適量表面活性劑吐溫-80，混合均勻。40?℃時(shí)，將硫酸鎳溶液滴加到碳酸氫銨溶液中，攪拌30?min；控制溫度在90?℃，加50?mL蒸餾水于混合溶液中，pH值保持在9.0，繼續(xù)攪拌60?min后，得到草綠色氧化鎳前體。將前體置于烘干箱中約120?℃下充分干燥再研碎過(guò)篩，即得氧化鎳前體粉末；然后將粉末分組放入坩堝中置入馬弗爐下煅燒，自然冷卻即得氧化鎳粉體。

（一）.?氧化鎳及前體的表征

沉降體積的測(cè)定：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2g前體，放入10?mL具塞量筒中，添加液體石蠟至刻度線(xiàn)，搖勻然后用超聲波清洗器處理15?min再振蕩至wq懸浮，反復(fù)5?次，記錄一定時(shí)間內(nèi)沉降物所占體積。其結(jié)果以單位沉降物所占體積表示（mL/g），由沉降體積達(dá)到小值來(lái)確定佳分散劑用量。?用X射線(xiàn)衍射法（XRD）分析樣品的結(jié)構(gòu)，測(cè)定晶粒的大??；用掃描電子顯微鏡（SEM）分析樣品的形貌。

（二）.氧化鎳的制備方法

1.化學(xué)沉淀法

通常以NiC12，NiSO4或?Ni(NO3)2。為原料，NaOH或氨水為沉淀劑合成納米NiO。但由于滴加NaOH或氨水，容易導(dǎo)致局部沉淀劑濃度過(guò)高，造成產(chǎn)物顆粒大小不均、易團(tuán)聚等現(xiàn)象。因此多采?用能逐漸釋放沉淀劑NHOH的尿素或NHHCO3的均相沉淀法。化學(xué)沉淀法中原料來(lái)源、反應(yīng)物配?比、溶液的pH、反應(yīng)溫度和煅燒溫度等因素對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)率和平均粒徑均有較大的影響。

以硫酸鎳為原料，碳酸氫銨為沉淀劑，吐溫-80?作為添加劑，采用液相沉淀法，在水溶液中獲得前體，然后經(jīng)煅燒制備納米氧化鎳粉體。采用XRD?和?SEM?對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，系統(tǒng)地研究了硫酸鎳與碳酸氫銨的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、熱處理溫度以及吐溫-80?用量對(duì)納米氧化鎳收率和粒徑的影響。研究結(jié)果表明，在硫酸?鎳與碳酸氫銨的摩爾比?1?∶4?、吐溫-80?與硫酸鎳溶液體積比為1.25?∶100、反應(yīng)時(shí)間105?min、熱處理溫度500℃?和吐溫-80?用量為硫酸鎳溶液體積的1.25%的條件下，可獲得粒徑為38?～60nm?的氧化鎳，其收率可達(dá)79%。

采用均勻沉淀法制備了分散性良好、粒子呈球狀、平均粒徑在15?nm?左右的立方晶系納米氧化鎳粒子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,反應(yīng)物料配比、反應(yīng)溫度和煅燒溫度對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)率和平均粒徑有較大的影響。經(jīng)過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn),得出的工藝條件為:?反應(yīng)物Ni?(NO3)?2·6H2O?和CO(NH2)?2?的摩爾比為1∶4?,反應(yīng)溫度

和煅燒溫度分別為90?℃和400?℃。本實(shí)驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)單、制得的納米粒子性能優(yōu)良,具有一定的工業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值

2.醇溶劑法

傳統(tǒng)的水系液相法制備的納米粉體中普遍存在團(tuán)聚現(xiàn)象，表明這些工藝存在一定的缺陷。醇溶劑法可以xc傳統(tǒng)水液相法的團(tuán)聚現(xiàn)象。在濕法制備納米氧化鎳過(guò)程中，每個(gè)階段都可能產(chǎn)生團(tuán)聚體。發(fā)生團(tuán)聚的主要根源首先是沉淀顆粒表面存在非架橋羥基，其次是沉淀顆粒在脫水干 燥過(guò)程中毛細(xì)管收縮作用。而醇溶劑法中用醇作溶?，避免了非架橋羥基的形成及脫水干燥過(guò)程中毛細(xì)管收縮作用。同時(shí)，由于前驅(qū)體粒子中存在物理?和化學(xué)吸附醇，能夠進(jìn)一步阻止顆?？拷?，所以有效防止了團(tuán)聚的形成。而在加熱過(guò)程中，物理吸附醇首先被脫去，隨著溫度的升高，發(fā)生脫水和轉(zhuǎn)移化學(xué)?吸附醇現(xiàn)象，zh釋放出CO，，得到NiO粉體。

3.低熱固相法

研磨時(shí)間、煅燒溫度以及原料的選擇對(duì)產(chǎn)物粒徑大小及分散性能都有很大的影響。研磨時(shí)間過(guò)短，反應(yīng)物接觸不充分、不均勻，容易導(dǎo)致產(chǎn)物粒徑大小不一。在分解過(guò)程 中煅燒溫度過(guò)?低，前驅(qū)物分解不wq；煅燒溫度過(guò)高導(dǎo)致產(chǎn)物的粒徑增大，在前驅(qū)物的分解溫度下煅燒前驅(qū)物所得的產(chǎn)品性能方為良好。

三、納米氧化鎳的實(shí)際應(yīng)用

1.納米氧化鎳用于催化劑中：

納米NiO（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）是一種催化作用較好的氧化催化劑，Ni2+具有3d軌道，對(duì)多電子氧具有擇優(yōu)吸附的傾向，對(duì)其它還原氣體也有活化作用，并對(duì)還原氣體的O2起催化作用，在有機(jī)物的分解合成，轉(zhuǎn)化過(guò)程中，如汽油氫化裂化，是石化處理中烴類(lèi)轉(zhuǎn)化，重油氫化過(guò)程中，納米NiO是良好的催化劑。在天然氣的催化燃燒中，為了避免反應(yīng)溫度過(guò)高使空氣中的N2氧化生成NOx，并有未燃燒wq的CO產(chǎn)生，使用NiO／CuO— Zr02復(fù)合催化劑提高了其高溫穩(wěn)定性。在制備納米碳管的過(guò)程中，用到了NiO／Si02復(fù)合催化劑，并且Ni含量較高時(shí)，合成的碳納米管收得率高，管徑分布窄，而NiO的含量及形狀直接影響著碳納米管的產(chǎn)量及性狀。在廢水處理中，NiO是除去其中CH4，氰化物，N2，促使NOx分解的催化劑。納米NiO作為光催化降解酸性紅的催化劑，在處理有機(jī)染料廢水中，效果非常顯著。

2.納米氧化鎳用于陶瓷添加劑與玻璃染色劑：

陶瓷制品中用納米NiO（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）來(lái)提高其沖擊力，當(dāng)加入NiO(O．02(wt)％)，還可以提高材料的各項(xiàng)電性能，如壓電性能和介電性能。在玻璃中加納米NiO主要是控制玻璃的顏色，在能吸收紫外線(xiàn)的著色穩(wěn)定的棕色透明玻璃中就含少量的NiO。透明玻璃鏡和裝飾用玻璃中，均添加了適量的納米NiO作著色劑。

3.納米氧化鎳應(yīng)用于傳感器（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）：

NiO是近幾年來(lái)越來(lái)越受到重視的氣體傳感器材料。目前已有用納米NiO制作成的甲醛傳感器，CO傳感器，H2傳感器等應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

4.納米氧化鎳用于電池電機(jī)材料方面：

普通氧化鎳蓄電池放電30min后，其端電壓就接近衰竭，而納米氧化鎳（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）蓄電池到了90min以后才出現(xiàn)衰竭，表現(xiàn)出良好的放電性能。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是因?yàn)檫@些納米微粒與導(dǎo)電材料分布于正極活性物質(zhì)的空隙中，這樣既有利于電子電荷的傳遞，也有利于離子電荷的傳遞。并且其小尺寸效應(yīng)增加了活性物質(zhì)的空隙率和反應(yīng)的表面積。普通氧化鎳蓄電池一開(kāi)始就表現(xiàn)為較大電流的充電，而納米氧化鎳蓄電池則表現(xiàn)為小電流充電，60min后電流趨于相等，表現(xiàn)出良好的充電性能。因此納米氧化鎳蓄電池具有優(yōu)良的應(yīng)用前景。有研究表明顆粒狀氧化鎳比針形氧化鎳具有更好的電化學(xué)性能和更高的比電容.

（1.）新型光電化學(xué)太陽(yáng)能電池(DSSC)中的應(yīng)用：

為了提高DSSC效率和穩(wěn)定性，HeJia~un等¨考慮到NiO作為P型半導(dǎo)體具有穩(wěn)定性和寬帶隙等優(yōu)點(diǎn)而首次將其作為DSSC?中的陰極（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）。

（2）.在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬(wàn)景供應(yīng)）：

過(guò)渡金屬氧化物RuO?，IrO等作為電極材料雖具有較大比容，但由于高成本限制了其商品化。LiuXianming等制成的海膽狀納米NiO電極材料具有典型的電容性能，恒流充放電實(shí)驗(yàn)證明電極材料比容可達(dá)290F／g，循環(huán)使用500次以后仍具有217F／g。WangYonggang?等。。利用復(fù)制模板SBA一15合成的有序中空結(jié)構(gòu)納米NiO電容量可達(dá)120F／g。還有一種復(fù)合材料制作的電池如氧化鎳鈷鋰材料(LiNixC01．x02)電池，它綜合了LiNi02和LiC002各自的優(yōu)點(diǎn)，具有電壓高、放電電壓平穩(wěn)，電容量大?，低溫性能好、少污染以及工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。