氧化鎳空心球材料合成方法介紹

裴景偉，門方寶，張 萌

(濱州學院 化學化工學院，山東 濱州 256603)

氧化鎳空心球材料合成方法介紹

裴景偉，門方寶，張 萌

(濱州學院 化學化工學院，山東 濱州 256603)

當今世界納米材料的性能研究和結構控制早已經成為全球納米技術研究的重點和熱點。納米材料的突破點便是去掌控納米材料的形貌和尺寸，此文便是研究空心球結構納米材料的。因空心球結構納米材料相比于其它形貌的納米材料具有密度小，比表面積大的特性。此文介紹了模板法和水熱法制備氧化鎳空心球。模板法利用氧化亞銅和膠質碳球為模板，而水熱法則是采取兩種不同的方法制備納米空心球。這四種方法各有千秋，希望此文可以對納米材料空心球的制備有幫助。

氧化鎳； 空心球； 模板法；水熱法

在眾多的過渡金屬氧化物中，N型半導體居多，而氧化鎳則是為數不多的P型半導體。氧化鎳具有比較穩定和較寬的帶隙，正是因為其特殊性質，所以在納米材料研究中一直處于熱點和重點。在電池的電極、催化劑、和氣體傳感器等多方面一直被廣泛應用。然而這些材料的性能很大程度上取決于氧化鎳的形貌和尺寸。本文是研究氧化鎳的空心球制備方法，分別介紹了模板法的兩種方法和水熱法的兩種方法。

1 模板法制氧化鎳空心球

1.1 實驗方法一

以氧化亞銅為模板，取0.330g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在乙醇和水的10mL混合溶液中，乙醇和水的比例為1:1，然后加入0.01g氧化亞銅方塊，超聲20min，再加入0.002g六水合硝酸鎳超聲攪拌20min，再加入4mL硫代硫酸鈉溶液，最后在磁力攪拌15min，這時溶液將逐漸變為淺黃色，將反應得到的沉淀，再用蒸餾水和無水乙醇離心洗滌。60℃下恒溫烘干8h得氫氧化鎳,然后將氫氧化鎳加熱到500℃恒溫180min，得到氧化鎳空心殼結構。

本方法是以氧化亞銅為硬膜版，六水合硝酸鎳為金屬鎳源，并且采用適當濃度的硫代硫酸鈉溶液進行"協同刻蝕"，此方法中的協同刻蝕是指：氧化亞銅立方體溶解的同時，溶液中產生的大量氫氧化鎳粒子在PVP表面活性劑的作用下，這些粒子自發組裝，并且比較完整的復制了氧化亞銅立方結構。此方法極其新穎，并且制備的氧化鎳空心球形貌和尺寸也十分好。此方法的新穎點是引進了一個新的模板——氧化亞銅，并且闡釋了一個新的機理——協同刻蝕。

1.2 實驗方法二

以膠質碳球為模板，在40mL乙醇中溶解0.5g左右六水合硝酸鎳溶解，磁力攪拌10min，直到溶液澄清，然后加入0.2g制備的膠態碳球，超聲40min，在磁力攪拌10min后，在向溶液中加入0.5g六亞甲基四胺，磁力攪拌10min，放入50mL反應釜，在120℃下恒溫8h，自然冷卻至室溫，抽濾得到沉淀物，用蒸餾水和無水乙醇分別清洗三次，在70℃下恒溫干燥8h，在500℃下恒溫4h，得到氧化鎳空心球。

本方法以膠質碳球為模板，六亞甲基四胺為沉淀劑，制備氧化鎳空心球，可制得形貌均勻的氧化鎳空心球。在溶液中吸收鎳離子，是由于膠體表面的碳球是親水的，并且含有大量氫氧根離子和碳氧雙鍵基團。在溶劑熱沉淀過程中，六亞甲基四胺在溫和的速度下逐漸水解，并產生堿性環境，所以氫氧化鎳沉積在膠體碳的表面上，即形成球型的氫氧化鎳，此外在乙醇體系中降低了溶液的極性，這可以增強鎳離子在模板表面形成緊湊沉積，在煅燒步驟中模板被氧化成氣態碳氧化物逐漸除去，所以形成氧化鎳空心球。此方法可以通用，通過大量實驗證明，只要金屬鹽溶于水都可以通過這種方法來制備氧化物空心球。這種方法所獲得產物的比表面積相對要大。通過實驗得到，在相同的反應條件下，對于同種金屬氧化物，碳球和葡萄糖加入的量對產物的比表面積有很大關系。在相同量的金屬鹽情況下，所加入碳球越多，所加入金屬鹽越少，產物的比表面積越大;在相同量碳球的情況下，所加入金屬鹽越少，產物比表面積越大。此方法最大的優越點在于可以控制最終產物的粒徑，并且產物粒徑比較均勻。

2 水熱法制氧化鎳空心球

2.1 實驗方法一

取乙醇和四氫呋喃比例為1：1共40mL，磁力攪拌充分混合之后，在磁力攪拌作用下加入0.667g六水合硝酸鎳和0.15g尿素，然后磁力攪拌20min，在加入0.4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)超聲20min后，將得到的反應混合物轉入到50mL反應釜中，在180℃下微波水熱反應90min，自然冷卻至室溫，將所得產物離心分離，用無水乙醇和蒸餾水分別洗滌3次后，然后70℃真空干燥8h，然后在500℃恒溫2h將得氧化鎳空心球。

此方法以六水合硝酸鎳和尿素為原料，聚乙烯比咯烷酮(PVP)為表面活性劑，采用微波輔助水熱方法制備氧化鎳空心球。此方法簡單，且氧化鎳空心球直徑大約在1.5μm左右。當然，此方法也可以直接水熱法，只需要將在180℃微波水熱反應60min，這一條件換為180℃保溫12h即可?，F在微波水熱法比傳統的水熱法更為方便，大大的縮短了反應需要的時間，節省了大量的時間，加快了反應過程。其實許多傳統的制備納米材料的水熱法，都可以使用微波水熱法。

2.2 實驗方法二

在50mL燒杯中，加入20mL去離子水和濃氨水的混合溶液，溶液比例為49:1，攪拌均勻，然后再向溶液中加入1.000g乙酸鎳，磁力攪拌20min，將溶液移至50mL反應釜中，在150℃下恒溫10h，自然冷卻至室溫，再離心分離，用去離子水與無水乙醇分別洗滌3次，在70℃下恒溫干燥8h，然后在500℃下恒溫3h，此時便得到氧化鎳空心球。

本方法通過氨水和乙酸鎳的水熱反應制備出氧化鎳多孔空心球結構。此方法制備的氧化鎳多孔空心微球，氧化鎳空心球直徑在1μm左右，表面多孔，壁厚在30納米左右，產物為純的空心立方體氧化鎳，結晶良好，該方法具有反應時間短，步驟簡單，一步合成的特點。反應過程中，通過與二價鎳離子的配位以及溶液中弱的電離來抗制溶液中的二價鎳離子和氫氧根離子的溶液，實現對氫氧化鎳成核和生長的控制。按照此方法應該可以制出氧化鈷、氧化錫、氧化鐵等其他金屬氧化物的空心納米結構，并且此法隨著鍛燒溫度在一定范圍內升高，氧化鎳空心球的結晶度也有所提高。

3 結語

氧化鎳制備空心球的方法還有很多，當然制備氧化鎳空心球只是此文的介紹，此文的更大意義是可以指導更多氧化物的空心球制備。模板法中的方法一，十分新穎，并且利用了氧化亞銅為模板，此類方法極少，通過協同刻蝕的方法獲得氧化鎳空心殼；方法二打破了以往文獻中的利用碳球作為模板合成空心球的方法，采用水熱法一步合成了稀土摻雜氧化物。水熱法中的方法一，利用四氫呋喃和乙醇為溶劑，加入表面活化劑，此種方法制得的氧化鎳空心球，其實此法更加提醒了我們表面活性劑的重要性；方法二為傳統水熱法制備氧化鎳空心球，但是此方法制出的氧化鎳空心球卻沒有任何雜質，并且此法可以實現對氫氧化鎳成核和生長的控制，正是因為如此，此方法可以預計實驗結構，這也是這個方法的可貴之處。

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(本文文獻格式：裴景偉，門方寶，張 萌 .氧化鎳空心球材料合成方法介紹[J].山東化工，2017，46(10)：86，91.)

2017-04-02

裴景偉(1994—),山東濱州人，學生，主要從事納米材料氣敏性、化工設計、涂料等研究工作。

TQ138.1+3

A

1008-021X(2017)10-0086-01