專利名稱：一種α-氫氧化鎳納米/微米結構材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料制備領域，具體涉及a-氫氧化鎳材料及其制備方法。采用此方法制備的氫氧化鎳是由納米片聚集形成的納米/微米結構，結構可控，且操作簡便、生產條件溫和，能耗低。
背景技術：
氫氧化鎳是一種重要的氫氧化物功能材料，它具有六方層狀結構，有兩種多型a -Ni (OH) 2和13 -Ni (OH) 2。 P _Ni (OH) 2是類水鎂石結構，具有六方晶格，由取向的Ni (OH) 2層有序堆積而成。a _Ni (OH) 2是一種類水滑石層狀結構，由帶電荷的層板與插層離子組成。Ni(0H)2具有優(yōu)良的電活性，經(jīng)常作為電極材料使用。與!3-Ni(OH)2相比，a-Ni(0H)2具有優(yōu)越的電化學性能。但是，a-Ni(0H)2是一個亞穩(wěn)態(tài)結構，在制備過程中或在強堿性物質中很容易轉化成P -Ni (0H)2。因此，發(fā)展a -Ni (0H)2的可控合成方法，制備純相的a -Ni (0H)2具有重要的意義。 電極材料的整體性能除了與材料的組成有關外，在很大程度上取決于活性物質的微觀結構、晶粒尺寸、介觀形貌等。當材料的尺寸減小到納米量級時，其比表面積大大增加，表面原子數(shù)目顯著增多，材料的表面原子將產生大量的不飽和鍵而變得異常活潑。因此，納米材料在熱、電、磁、光、機械性質及表面化學反應性等方面會表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)塊體材料的獨特性質。例如表面效應、量子尺寸效應、量子隧道效應等，從而使其產生了許多特殊或新奇的物理化學性質，這些性質使材料在更廣闊的范圍得到應用。由于納米尺寸的材料具有高的表面能，具有自發(fā)聚集的傾向，而形成更大尺寸的聚集體。如何控制納米結構單元的聚集或組裝過程，形成特定結構的納米/微米多尺度結構對于擴展納米材料的研究范圍具有重要的價值。這類材料由于結構的特殊性，能夠在納米與微米兩個尺度上顯示特殊的物理化學性質。 目前文獻報道的制備a_Ni(0H)2的方法主要包括超聲輻射法，微波輔助合成法，反向膠束/微乳液法。超聲輻射法所需的反應溫度較低，但是要使用專用的超聲輻射儀器，對反應設備的要求高[Jeeva薩dam， P. ;Koltypin， Y. ;Gedanken， A. Synthesisof Nanosized a—NickelHydroxide by a Sonochemical Method. Nano Lett. 2001,1，263]。微波輔助合成法盡管反應時間較短，但是也需要使用特制的微波反應器進行反應 [L Xu， Y. _S. Ding， C. _H. Chen，3DFlowerlike r-Nickel Hydroxide with EnhancedElectrochemical Activity Synthesized byMicrowave—Assisted Hydrothermal Method.Chem. Mater. 2008， 20， 308-316.]。反向膠束/微乳液法能夠改變Ni (0H)2的形貌，但是在反應中需要加入表面活性劑，而表面活性劑的用量對產物形貌影響較大，反應條件不易控制，重復性較差[Cao， M. ;He， X. ;Chen， J. ;Hu， C. Self-Assembled Nickel HydroxideThree—Dimensional Nanostructures :A Nanomaterial forAlkaline RechargeableBatteries. Crys. Growth Des. 2007， 7， 170.]。因此，有必要開發(fā)簡單的、無需特殊反應設備的制備方法，以克服上述方法存在的問題，獲得結構可控的a-Ni(0H)2。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種a -Ni (0H)2納米/微米結構材料及其制備方法，這種材料是由Ni (0H)2納米片聚集而形成的納米/微米結構。 首先利用混合溶劑溶解可溶性鎳鹽，然后以氨水為沉淀劑，在較低的溫度下，通過簡單的滴定方法控制溶液的pH值，使鎳鹽發(fā)生沉淀形成Ni (OHh，由于混合溶劑的共同作用以及NH3與Ni2+的配位作用，沉淀后能夠形成穩(wěn)定的純相納米/微米結構a -Ni (0H)2。
本發(fā)明所提供的a-Ni(0H)2納米/微米結構材料，其結構特征是由a-Ni(0H)2納米片聚集形成的微米球狀物，微米球狀物進一步聚集構成a_Ni(OH)2的整體形貌；單個納米片呈現(xiàn)彎曲的形貌，納米片寬度在100 500nm，納米片厚度在20 70nm，多個納米片圍成的孔隙直徑為100 400nm ;球狀物的尺寸為2 6 y m。
具體制備步驟如下 A.在帶有攪拌裝置的反應器里將可溶性鎳鹽溶解在乙二醇中，室溫下攪拌10-20分鐘，再按照去離子水與乙二醇的體積比為0.3-2.5 : l加入去離子水，繼續(xù)攪拌10-20分鐘，形成混合溶液；其中鎳離子摩爾濃度為0. 05 0. 6mol L—1 ; 所述可溶性鎳鹽為硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物中的1種；去離子水與乙二醇形成的混合溶劑中去離子水與乙二醇較佳的體積比為0.5-2 : 1;B.在攪拌同時將稀氨水以10-30 ii L/min的滴加速度加到上述混合溶液中，至溶液pH = 7 10 ;于30 6(TC的溫度下，保持1 6小時；待反應結束后冷卻至室溫，過濾后將得到的沉淀用去離子水洗至pH = 7，于60-8(TC下干燥6-12小時，即得到產物。
所述稀氨水的質量分數(shù)為15%-28%。 采用日本島津XRD-6000型X射線粉末衍射儀(XRD)表征產物結構(CuK a射線，入=1. 5406 A，管電壓40kV，管電流30mA);采用ZEISS公司SUPRA-55型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產物形貌。根據(jù)XRD結果分析產物是純的a -Ni (OH) 2，通過SEM觀察a -Ni (OH) 2的納米片寬度在100 500nm，納米片厚度在20 70nm，單個納米片呈現(xiàn)彎曲的形貌，多個納米片圍成的納米孔隙直徑為100 400nm，由納米片聚集形成的微米結構球狀物尺寸為2 6 li m。
本發(fā)明具有如下的顯著效果 (1)利用乙二醇和水為混合溶劑，制備得到由a-Ni(OH、彎曲納米片聚集形成的
納米/微米結構，納米片尺寸與微米結構尺寸可以通過改變反應條件控制。
(2)反應過程操作簡單，不需要特殊的反應設備，也不需要加入特別的反應試劑
(如表面活性劑等)。
(3)反應溫度低，反應條件溫和，能耗低。
圖1為實施例三制備的a -Ni (OH) 2的XRD譜圖
圖2為實施例三制備的a -Ni (OH) 2的SEM圖像
具體實施方式
實施例一
稱取2. 908g的Ni (N03)2 6H20在圓底燒瓶里溶于25ml乙二醇，在室溫下攪拌10分鐘，加入25ml去離子水，攪拌10分鐘，將氨水(質量分數(shù)15% )以30 ii L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 8，在50°C的溫度下反應3小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中6(TC下干燥8小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a-Ni(OHh，SEM表征結果顯示納米片寬度200-300nm，納米片厚度40_60nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為300-400nm，微米結構大小2. 5-3. 5 ii m。
實施例二 稱取5. 816g的Ni (N03)2 6H20在圓底燒瓶里溶于25ml乙二醇，在室溫下攪拌15分鐘，加入25ml去離子水，攪拌15分鐘，將氨水(質量分數(shù)20% )以30 y L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 8，在50°C的溫度下反應4小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中7(TC下干燥8小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a-Ni(OHh，SEM表征結果顯示納米片寬度250-450nm，納米片厚度40_72nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為200-300nm，微米結構大小2. 4-3. 5 ii m。
實施例三 稱取2. 908g的Ni (N03)2 6H20在圓底燒瓶里溶于20ml乙二醇，在室溫下攪拌10分鐘，加入30ml去離子水，攪拌10分鐘，將氨水(質量分數(shù)25% )以20 L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 9，在60°C的溫度下反應2小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中7(TC下干燥10小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a -Ni (0H)2， SEM表征結果顯示納米片寬度300-400nm，納米片厚度30_45nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為100-200nm，微米結構大小2-3 ii m。
實施例四 稱取2. 6286g的NiS04 *4H20在圓底燒瓶里溶于25ml乙二醇，在室溫下攪拌15分鐘，加入25ml去離子水，攪拌20分鐘，將氨水(質量分數(shù)28%)以15 y L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 8，在50°C的溫度下反應3小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中60°C下干燥12小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a -Ni(OH)2， SEM表征結果顯示納米片寬度300-400nm，納米片厚度30_40nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為150-240nm，微米結構大小3. 5-4. 5 ii m。
實施例五 稱取2. 908g的Ni (N03)2 6H20在圓底燒瓶里溶于25ml乙二醇，在室溫下攪拌10分鐘，加入25ml去離子水，攪拌10分鐘，將氨水(質量分數(shù)25% )以30 y L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 7，在30°C的溫度下反應4小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中8(TC下干燥6小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a-Ni(OHh，SEM表征結果顯示納米片寬度300-400nm，納米片厚度20_30nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為300-400nm，微米結構大小3-4 ii m。
實施例六 稱取2. 908g的Ni (N03)2 6H20在圓底燒瓶里溶于30ml乙二醇，在室溫下攪拌10分鐘，加入20ml去離子水，攪拌10分鐘，將氨水(質量分數(shù)20% )以30 L/min的速度滴加到鹽溶液中，至pH = 9，在50°C的溫度下反應3小時，將得到的沉淀過濾，洗滌，在烘箱中6(TC下干燥10小時后收集。XRD表征結果顯示產物是a -Ni (0H)2， SEM表征結果顯示納米片
5寬度300-400nm，納米片厚度22_30nm，彎曲納米片連結形成的納米孔隙直徑為130_220nm， 微米結構大小2. 5-3. 5 ii m。
權利要求
一種制備α-氫氧化鎳納米/微米結構材料的方法，具體步驟如下A.在帶有攪拌裝置的反應器里將可溶性鎳鹽溶解在乙二醇中，室溫下攪拌10-20分鐘，再按照去離子水與乙二醇的體積比為0.3-2.5∶1加入去離子水，繼續(xù)攪拌10-20分鐘，形成混合溶液；其中鎳離子摩爾濃度為0.05～0.6mol L-1；B.在攪拌同時將稀氨水以10-30μL/min的滴加速度加到上述混合溶液中，至溶液pH＝7～10；于30～60℃的溫度下，保持1～6小時；待反應結束后冷卻至室溫，過濾后將得到的沉淀用去離子水洗至pH＝7，于60-80℃下干燥6-12小時，即得到產物。
2. 根據(jù)權利要求l所述的制備a-氫氧化鎳納米/微米結構材料的方法，其特征是步驟A所述可溶性鎳鹽為硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物中的1種；去離子水與乙二醇的體積比為0. 5-2 : 1 ;步驟B所述的稀氨水的質量分數(shù)為15% -28%。
3. —種由權利要求l所述的方法制備的a-氫氧化鎳納米/微米結構材料，其特征是由a-氫氧化鎳納米片聚集形成微米球狀物，微米球狀物進一步聚集構成a-Ni(0H)2的整體形貌；單個納米片呈現(xiàn)彎曲的形貌，納米片寬度在100 500nm，納米片厚度在20 70nm，多個納米片圍成的孔隙直徑為100 400nm ;球狀物的尺寸為2 6 y m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種α-Ni(OH)2納米/微米結構材料及其制備方法，α-Ni(OH)2納米/微米結構材料是由α-Ni(OH)2納米片聚集形成的微米球狀物，微米球狀物進一步聚集構成α-Ni(OH)2的整體形貌；單個納米片呈現(xiàn)彎曲的形貌，納米片寬度在100～500nm，納米片厚度在20～70nm，多個納米片圍成的孔隙直徑為100～400nm；微米球狀物的尺寸為2～6μm。α-Ni(OH)2納米/微米結構材料的制備是利用混合溶劑溶解可溶性鎳鹽，以氨水為沉淀劑，在較低的溫度下，通過滴定方法控制溶液的pH值，使鎳鹽發(fā)生沉淀形成Ni(OH)2，由于混合溶劑的共同作用以及NH3與Ni2+的配位作用，沉淀后能夠形成穩(wěn)定的純相納米/微米結構α-Ni(OH)2。
文檔編號H01M4/52GK101774653SQ20101010880
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權日2010年2月5日
發(fā)明者李峰, 田宗民, 項頊 申請人:北京化工大學