AgO的制備及影響因素分析

吳軍，李豐，朱剛，陳大鵬，周章華

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

0 引言

過氧化銀因具有特殊的電磁性能、電化學性能，在蓄電池比功率要求較高的軍事、航空航天等高新技術領域有重要的應用[1]。由于對于AgO的化學制備方法研究較少，制備的AgO粒度大，純度較低[2]，有些方法污染嚴重[3]，嚴重地阻礙過氧化銀的生產和應用。

采用液相沉淀法，以過硫酸鉀為氧化劑，以轉化率為評價指標，分析了反應溫度、時間、摩爾比等工藝參數對制備AgO含量的影響，確定了AgO的最佳制備工藝；利用XRD、SEM等分析了制備的AgO粉末的物相組成、形貌及粒度分布，以期為AgO的應用提供理論依據。

1 實驗

1.1 實驗試劑及儀器

過硫酸鉀（分析純），氫氧化鈉（分析純），硝酸銀(分析純)，碘化鉀溶液（4﹪），鹽酸（3 M）,硫代硫酸鈉（0.1 M），淀粉指示劑（0.5﹪）。

掃描電子顯微鏡為荷蘭FEI公司的Quanta 200型掃描電子顯微鏡。粉末衍射儀為日本理學公司生產的Dmax- 2550型粉末衍射儀。

1.2 實驗原理

采用化學法制備過氧化銀。主要原理如下：

根據上述原理，將加入AgNO3溶液的燒瓶恒溫水浴鍋內保溫，再加入NaOH溶液，反應5 min后加入K2S2O8溶液，反應數小時。反應完成后將產物用去離子水洗滌至溶液呈中性并不含離子為止，過濾得到AgO濕粉，置于60℃真空烘箱內6 h，得到AgO粉。

2 結果與討論

2.1 制備工藝對AgO含量的影響2.1.1 反應溫度

在m(K2S2O8)/m(AgNO3)=1.2，m(NaOH)/m(AgNO3) = 2.5，t=8h的條件下選取不同的反應溫度進行試驗，得到表1所示結果。由表1可以看出，當溫度為30～60℃時，AgO含量呈現增加趨勢；當溫度大于60℃時，AgO含量減小。而溫度過高時，AgO熱穩定性較差，會自行分解放出氧氣，發生以下反應：

從而導致AgO含量降低。而且，過量的K2S2O8會發生分解，產生以下反應：

K2S2O8分解生成K2S2O7(焦硫酸鉀)，而焦硫酸鉀水溶液呈強酸性，會與AgO發生反應，導致AgO產量大幅降低。因此，制備AgO需要一個合理的溫度，通過上述試驗結果可知，最佳反應溫度為60℃。

表1 反應溫度對AgO含量的影響

2.1.2 K2S2O8用量

在m(NaOH)/m(AgNO3)=2.5，T=60℃，t=8h并選取不同的氧化劑用量的條件下進行試驗，得到表2所示結果。從表2可以看出m(K2S2O8)/m(AgNO3)對AgO含量的影響分為兩個階段，當比值在0.6～1.2之間，AgO含量呈上升趨勢。當繼續增加比值到1.2～3后，轉化率增加趨勢緩慢。

K2S2O8與AgNO3用量的理論比應為0.5，然而此反應需要在強氧化氛圍下發生且K2S2O8受熱會分解，所以K2S2O8要適當過量。

由化學反應速率方程：

可知K2S2O8的增加可加快反應速度，然而當m(K2S2O8)/m(AgNO3)到1.2后，轉化率已經很高，反應速度不是制約因素。

另根據吉布斯自由能公式：

當K2S2O8用量增加時促進反應向正方向進行，但當K2S2O8用量過多時，K2S2O8分解的SO42-就會促進反應向逆方向進行。所以選取m(K2S2O8)/m(AgNO3)為1.2時是比較適宜的。

表2 K2S2O8用量對AgO含量的影響

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2.1.3 NaOH用量

在m(K2S2O8)/m(AgNO3)=1.2，T=60℃，t=8h并選取不同的NaOH用量的條件下進行試驗得到表3所示結果。m(NaOH)/m(AgNO3)的理論值應為2，然而需要一部分NaOH來中和K2S2O8受熱分解所產生的硫酸以防止生成的AgO溶解，所以NaOH應適當過量。由表3可以看出當比值等于2時，AgO含量已經較高，當達到2.5后，AgO含量增加并不明顯。由此選擇m(NaOH)/m(AgNO3)比值為2.5是比較合適的。

表3 NaOH用量對AgO含量的影響

2.1.4 反應時間

在m(K2S2O8)/m(AgNO3)=1.2，m(NaOH)/m(AgNO3) = 2.5，T=60℃的條件下選取不同的反應時間進行試驗得到表4所示結果。由表4可以看出，在反應時間小于8 h時，AgO含量是隨反應時間的延長而增加的。而當反應時間超過8h后，AgO含量的含量反而有所下降，這是由于AgO的熱穩定性差，AgO分解造成的。故反應時間8h是比較適宜的。

表4 反應時間對AgO含量的影響

綜上所述，以AgNO3為原料，NaOH為沉淀劑，K2S2O8為氧化劑，制備AgO粉末的最佳制備工藝參數為：反應溫度為60℃，m(K2S2O8)/m(AgNO3)=1.2，反應時間為8 h，m(NaOH)/m(AgNO3)=2.5。制備的粉末中AgO含量為

99.07%。

2.2 AgO的表征

2.2.1 XRD分析

對用最佳工藝制備的AgO粉末進行XRD測試，其結果如圖1所示。由圖1可見，在2θ為32.040°、32.279°、34.160°、37.180°、39.418°、53.836°、以及56.719°處均出現很強的衍射峰，分別對應AgO的(200)、(11)、(002)、(111)、(02)、(11) 、（113）晶面。圖中②為AgO標準PDF卡，編號為PDF No.43-1038，與測試結果十分吻合。

根據XRD測試結果，由Scherrer公式估算AgO的晶粒尺寸約為52nm，檢索鑒定晶相歸屬得到AgO的晶體結構屬于單斜晶系。

圖1 AgO粉末的XRD圖譜

2.2.2 SEM分析

圖2 AgO粉末的SEM照片

圖2為按最佳工藝制備所得AgO粉末SEM圖。從圖中可以看到制備的粉末粒度為約1～3 μm，大部分為短棒狀，少部分為片狀。這與XRD分析得到的AgO晶系歸屬符合，為單斜晶系晶體。

3 結論

實驗采用液相沉淀法制備AgO粉體，并研究了各種工藝參數的影響，得出如下結論：

1)以AgNO3為原料，NaOH為沉淀劑，K2S2O8為氧化劑，用液相沉淀法制備了AgO粉體。制備AgO粉末的最佳工藝參數為：反應溫度60℃，m(NaOH)/m(AgNO3)=2.5，m(K2S2O8)/m(AgNO3)=1.2，反應時間為8 h，制得的AgO含量為99.07%，粒度約1～3 μm，為短棒狀形貌。

2)此工藝相比沈文寧[4]、尹海順[5]等的納米銀粉制備工藝時間長，原因是其K2S2O8用量為AgNO3的五倍，從而大大縮短了反應時間。而此工藝優點在于K2S2O8用量較少，且制得AgO粉為微米級，振實密度較納米銀粉大，作為電池正極時便于壓制。

[1]David F Smit h, George R, Graybill, Robert K Grubbs and J ames A Gucinski. New development s in very high rate silver oxide elect rodes [J ]. Power Sources,1997, 65 : 47252.

[2]Xiao Xuesong, Zhou Guoguang, Chen Kanget al.Journal of East China University of Science and Technology[J], 2005, 31(5): 620

[3]Zhang Yu, Pan Junqing, Wan Pingyuet al. China Patent, 1994891A[P], 2007.

[4]沈文寧, 馮拉俊, 雷阿利, 孔珍珍. 超細過氧化銀粉末的制備及其表征, 稀有金屬材料與工程, 2011,Vol.40.

[5]尹海順, 毛健, 白昱, 高躍生, 文貴華, 涂銘旌. 液相沉淀法制備納米AgO 粉體影響因素的正交分析,化工新型材料, 2009.