納米氧化鎳的認識，制備及應用

一、認識納米氧化鎳

納米概念包括“尺度”與“效應”兩個方面，在臨界尺度下，材料的性能會產生突變。氧化鎳是一種典型的型半導體，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化，其表面結構和晶體結構發生了獨特改變，導致產生了表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，從而使納米氧化鎳具有優異的催化性能、電學性能等。基于這一系列優異特性，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。受熱時顏色變黃。別稱：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：過氧化鎳；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，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

沉降體積的測定：準確稱取0.2g前體，放入10?mL具塞量筒中，添加液體石蠟至刻度線，搖勻然后用超聲波清洗器處理15?min再振蕩至wq懸浮，反復5?次，記錄一定時間內沉降物所占體積。其結果以單位沉降物所占體積表示（mL/g），由沉降體積達到小值來確定佳分散劑用量。?用X射線衍射法（XRD）分析樣品的結構，測定晶粒的大小；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，容易導致局部沉淀劑濃度過高，造成產物顆粒大小不均、易團聚等現象。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。化學沉淀法中原料來源、反應物配?比、溶液的pH、反應溫度和煅燒溫度等因素對產品的產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，然后經煅燒制備納米氧化鎳粉體。采用XRD?和?SEM?對其結構和形貌進行表征，系統地研究了硫酸鎳與碳酸氫銨的摩爾比、反應時間、熱處理溫度以及吐溫-80?用量對納米氧化鎳收率和粒徑的影響。研究結果表明，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、反應時間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。實驗結果表明,反應物料配比、反應溫度和煅燒溫度對產品的產率和平均粒徑有較大的影響。經過一系列的實驗,得出的工藝條件為:?反應物Ni?(NO3)?2·6H2O?和CO(NH2)?2?的摩爾比為1∶4?,反應溫度

和煅燒溫度分別為90?℃和400?℃。本實驗方法操作簡單、制得的納米粒子性能優良,具有一定的工業化生產價值

2.醇溶劑法

傳統的水系液相法制備的納米粉體中普遍存在團聚現象，表明這些工藝存在一定的缺陷。醇溶劑法可以xc傳統水液相法的團聚現象。在濕法制備納米氧化鎳過程中，每個階段都可能產生團聚體。發生團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 燥過程中毛細管收縮作用。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程中毛細管收縮作用。同時，由于前驅體粒子中存在物理?和化學吸附醇，能夠進一步阻止顆粒靠近，所以有效防止了團聚的形成。而在加熱過程中，物理吸附醇首先被脫去，隨著溫度的升高，發生脫水和轉移化學?吸附醇現象，zh釋放出CO，，得到NiO粉體。

3.低熱固相法

研磨時間、煅燒溫度以及原料的選擇對產物粒徑大小及分散性能都有很大的影響。研磨時間過短，反應物接觸不充分、不均勻，容易導致產物粒徑大小不一。在分解過程 中煅燒溫度過?低，前驅物分解不wq；煅燒溫度過高導致產物的粒徑增大，在前驅物的分解溫度下煅燒前驅物所得的產品性能方為良好。

三、納米氧化鎳的實際應用

1.納米氧化鎳用于催化劑中：

納米NiO（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬景供應）是一種催化作用較好的氧化催化劑，Ni2+具有3d軌道，對多電子氧具有擇優吸附的傾向，對其它還原氣體也有活化作用，并對還原氣體的O2起催化作用，在有機物的分解合成，轉化過程中，如汽油氫化裂化，是石化處理中烴類轉化，重油氫化過程中，納米NiO是良好的催化劑。在天然氣的催化燃燒中，為了避免反應溫度過高使空氣中的N2氧化生成NOx，并有未燃燒wq的CO產生，使用NiO／CuO— Zr02復合催化劑提高了其高溫穩定性。在制備納米碳管的過程中，用到了NiO／Si02復合催化劑，并且Ni含量較高時，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-N150,萬景供應）來提高其沖擊力，當加入NiO(O．02(wt)％)，還可以提高材料的各項電性能，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，在能吸收紫外線的著色穩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.納米氧化鎳應用于傳感器（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬景供應）：

NiO是近幾年來越來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傳感器等應用于實際生產。

4.納米氧化鎳用于電池電機材料方面：

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-N150,萬景供應）蓄電池到了90min以后才出現衰竭，表現出良好的放電性能。產生這一現象的原因是因為這些納米微粒與導電材料分布于正極活性物質的空隙中，這樣既有利于電子電荷的傳遞，也有利于離子電荷的傳遞。并且其小尺寸效應增加了活性物質的空隙率和反應的表面積。普通氧化鎳蓄電池一開始就表現為較大電流的充電，而納米氧化鎳蓄電池則表現為小電流充電，60min后電流趨于相等，表現出良好的充電性能。因此納米氧化鎳蓄電池具有優良的應用前景。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性能和更高的比電容.

（1.）新型光電化學太陽能電池(DSSC)中的應用：

為了提高DSSC效率和穩定性，HeJia~un等¨考慮到NiO作為P型半導體具有穩定性和寬帶隙等優點而首次將其作為DSSC?中的陰極（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬景供應）。

（2）.在電化學電容器中的應用（VK-N10,VK-N30,VK-N150,萬景供應）：

過渡金屬氧化物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，恒流充放電實驗證明電極材料比容可達290F／g，循環使用500次以后仍具有217F／g。WangYonggang?等。。利用復制模板SBA一15合成的有序中空結構納米NiO電容量可達120F／g。還有一種復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各自的優點，具有電壓高、放電電壓平穩，電容量大?，低溫性能好、少污染以及工作壽命長等優點。