一種六方片狀介孔氧化鎳及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種六方片狀介孔氧化鎳及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鎳作為一種重要的過渡金屬氧化物，由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在電子材料，磁性材料，催化材料，傳感材料，光電材料，能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)材料相比，納米材料具有量子尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，在眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。因此納米氧化鎳的制備、表征及相關(guān)性能研究受到了人們廣泛地關(guān)注。
[0003]近年來，不同形貌的納米氧化鎳被相繼報(bào)道，比如納米環(huán)、納米帶、納米線、納米管和納米球等，但關(guān)于介孔氧化鎳納米片的報(bào)道極為少見。與其他形貌相比，六方片狀介孔氧化鎳具有更高的比表面積，有利于提高其電化學(xué)性能，因此在電化學(xué)領(lǐng)域中極具應(yīng)用潛力。Zhao等通過水熱法制備出了介孔氧化鎳納米片，實(shí)驗(yàn)過程中通過調(diào)節(jié)煅燒溫度，得到具有不同孔徑的氧化鎳納米片(Bing Zhao, Jinsong Song, Tao Fang.MaterialsLetters, 2012，67，24-27)。此方法所需反應(yīng)溫度較高，煅燒條件較苛刻，耗能高，所制備的氧化鎳納米片表面的介孔分布大小不一，同時(shí)制備出的氧化鎳納米片沒有較規(guī)則的形狀。
[0004]申請(qǐng)公布號(hào)為CN 103950998 A(申請(qǐng)?zhí)?01410162143.2)的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種超臨界乙醇合成納米片狀氧化鎳的方法，該方法以醋酸銨和苯甲醇為原料，實(shí)驗(yàn)過程中需用到循環(huán)冷凝裝置，煅燒過程中需要通入氮?dú)猓瑢?shí)驗(yàn)過程比較繁瑣，耗能高。制備出的納米片狀氧化鎳沒有規(guī)則的形狀且不存在介孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種六方片狀介孔氧化鎳及其制備方法與應(yīng)用，以Ni (NO3)2.6H20為原料，以單/雙陽離子表面活性劑CTAB (十六烷基三甲基溴化銨)和DDAB(雙十二烷基二甲基溴化銨)作復(fù)合模板，制備出的六方片狀氧化鎳具有均勻的介孔。
[0006]—種六方片狀介孔氧化鎳的制備方法，包括步驟如下:
[0007](I)將CTAB和DDAB的水溶液中加入溶液體積25 %的氨水，得混合溶液a ;
[0008](2)將Ni (NO3) 2.6H20加入到步驟⑴的混合溶液a中，得到混合溶液b ；
[0009](3)將步驟(2)制得的混合溶液b轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜后進(jìn)行水熱反應(yīng)；
[0010](4)將步驟(3)反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，洗滌，干燥，研磨后，煅燒，得到六方片狀介孔氧化鎳；
[0011]加入原料的質(zhì)量比為NH3.H2O:CTAB:DDAB:Ni (NO3)2.6H20 = 1: (0.20-0.24): (0.22-0.27): (4.08-4.71)。
[0012]優(yōu)選:所述步驟(3)中的水熱反應(yīng)條件為100-110°C水熱反應(yīng)24-48h，更優(yōu)選:100°c水熱反應(yīng)24h。優(yōu)點(diǎn):水熱法是常用到的制備納米材料的方法，一般會(huì)產(chǎn)生少量甚至大量雜質(zhì)，而本發(fā)明中水熱反應(yīng)并未產(chǎn)生雜質(zhì)，如圖4所示，XRD測(cè)試中并未出現(xiàn)其它的雜峰。因此，此方法制備出的產(chǎn)物純度較高，從而使產(chǎn)物在應(yīng)用上展現(xiàn)的性能更好。
[0013]優(yōu)選:所述步驟(4)中煅燒條件為在500°C條件下煅燒2_3h，更優(yōu)選:500°C條件下煅燒2h。優(yōu)點(diǎn):煅燒溫度低，煅燒時(shí)間短，減少能源消耗。
[0014]優(yōu)選:所述步驟(I)中加入氨水后攪拌2_3h(更優(yōu)選2.5h)。優(yōu)點(diǎn):使溶液混合均勻。同時(shí)，氨水調(diào)節(jié)了溶液的PH值，在該pH值下DDAB阻止了 CTAB形成的層狀膠束的彎曲，從而保證產(chǎn)物呈片狀，同時(shí)氨水能夠使模板骨架較牢固，不會(huì)坍塌。
[0015]優(yōu)選:所述步驟(2)中加入Ni (NO3)2.6H20后攪拌18_26h(更優(yōu)選24h)。優(yōu)點(diǎn):使溶液混合均勻。同時(shí)，適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣群蛿嚢钑r(shí)間能夠使鎳源迅速與模板結(jié)合，為氧化鎳形貌的形成奠定基礎(chǔ)。
[0016]優(yōu)選:所述步驟(4)中干燥溫度為40°C，干燥時(shí)間為12-24h(更優(yōu)選18h)。優(yōu)點(diǎn):水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物是無定形的，將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)過該條件的干燥，不會(huì)影響其晶型的變化，形成煅燒前無定形的前驅(qū)體，為煅燒的晶型變化做準(zhǔn)備。
[0017]上述方法制備的六方片狀介孔氧化鎳，所述的六方片狀介孔氧化鎳的孔徑約為2-3.5nm，直徑為 400-500nm。
[0018]上述方法制備的六方片狀介孔氧化鎳在制備電子材料、磁性材料、催化材料、傳感材料、光電材料或能源存儲(chǔ)材料中的應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果:
[0020]1.本發(fā)明制得的六方片狀介孔氧化鎳，帶有明顯的介孔孔道。相比于單純的片狀結(jié)構(gòu)，均勻的孔道既可以增加比表面積，使電解質(zhì)與氧化鎳納米片接觸面積增加；又可以增加儲(chǔ)鋰位點(diǎn)，促進(jìn)鋰離子和電子的擴(kuò)散，有效提高鋰電性能。
[0021]2.產(chǎn)物干燥之后是無定型的前驅(qū)體，所以需要煅燒來實(shí)現(xiàn)晶型的轉(zhuǎn)化。而本發(fā)明所用煅燒溫度低，煅燒時(shí)間短，減少能源消耗。水熱法是常用到的制備納米材料的方法，一般會(huì)產(chǎn)生少量甚至大量雜質(zhì)，而本發(fā)明中水熱反應(yīng)并未產(chǎn)生雜質(zhì)，如圖4所示，XRD測(cè)試中未出現(xiàn)其它的雜峰。因此，此方法制備出的產(chǎn)物純度較高，從而使產(chǎn)物在應(yīng)用上展現(xiàn)的性能更好。
[0022]3.本發(fā)明以Ni (NO3) 2.6H20為原料，氨水為溶液pH調(diào)節(jié)劑和催化劑、CTAB/DDAB為復(fù)合模板劑，制備出的六方片狀介孔氧化鎳分布均勻，直徑為400-500nm，利用復(fù)合模板制備出的產(chǎn)物具有更均勻的介孔，孔徑約為2-3.5nm(如圖5所示)。該制備過程操作簡(jiǎn)單，為介孔材料制備提供參考。
[0023]4.本發(fā)明中的氨水除了作為催化劑外還用來反應(yīng)溶液的調(diào)節(jié)pH值，通過本發(fā)明氨水與反應(yīng)物的用量比例，達(dá)到了最佳的pH，在該pH值下，DDAB阻止了 CTAB形成的層狀膠束的彎曲，從而保證產(chǎn)物呈片狀，同時(shí)氨水能夠使模板骨架較牢固，不會(huì)坍塌。
[0024]5.本發(fā)明中CTAB和DDAB的用量比例是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明必需的，當(dāng)CTAB和DDAB的比例變大時(shí)，產(chǎn)物形貌較難分辨，團(tuán)聚嚴(yán)重。當(dāng)CTAB和DDAB的比例變小時(shí)，產(chǎn)物并沒有本發(fā)明中所述形貌，本發(fā)明比例制備的產(chǎn)物形貌規(guī)則、均勻且分散性好。
[0025]6.水熱反應(yīng)時(shí)間同樣影響本發(fā)明產(chǎn)物的形成，水熱反應(yīng)時(shí)間縮短時(shí)，產(chǎn)物團(tuán)聚較嚴(yán)重，如圖1所示，其為水熱反應(yīng)12h的SEM圖。隨水熱反應(yīng)時(shí)間的增加，產(chǎn)物破碎越來越嚴(yán)重，如圖6所示，其為水熱反應(yīng)48h的SEM圖。
[0026]7.反應(yīng)物加入順序影響產(chǎn)物的形成，本發(fā)明中氨水用來調(diào)節(jié)溶液的pH值，在該CTAB和DDAB比例及該pH值下DDAB才能阻止CTAB形成的層狀膠束彎曲，產(chǎn)物形貌才能保持為片狀結(jié)構(gòu)。若加入鎳源之后再加入氨水，鎳可能會(huì)產(chǎn)生其它形貌，若再加入氨水就不能起任何作用，最后產(chǎn)物可能為各種形貌共存而雜亂無章。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的氧化鎳的掃描電鏡圖片(SEM)；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2制備的六方片狀介孔氧化鎳的透射電鏡圖片(TEM)；
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備的六方片狀介孔氧化鎳的掃描電鏡圖片(SEM)；
[0030]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的六方片狀介孔氧化鎳的廣角X射線衍射圖(XRD);
[0031]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制備的六方片狀介孔氧化鎳的N2吸附-脫附等溫曲線圖(a)和孔徑分布圖(b);
[0032]圖6是本發(fā)明實(shí)施例6制備的氧化鎳的掃描電鏡圖片(SEM)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0034]實(shí)施例1
[0035]將10mL的燒杯置于磁力攪拌器上，加入35mL蒸饋水并升溫至30°C，在攪拌條件下向蒸餾水中加入0.15g CTAB，溶液攪拌過夜并呈透明后，加入0.17g DDAB，繼續(xù)