裴景偉，門方寶，張 萌

(濱州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)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(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濱州 256603)

當(dāng)今世界納米材料的性能研究和結(jié)構(gòu)控制早已經(jīng)成為全球納米技術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。納米材料的突破點(diǎn)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(jié)構(gòu)納米材料的。因空心球結(jié)構(gòu)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(zhì)碳球?yàn)槟０?，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(duì)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(dǎo)體居多，而氧化鎳則是為數(shù)不多的P型半導(dǎo)體。氧化鎳具有比較穩(wěn)定和較寬的帶隙，正是因?yàn)槠涮厥庑再|(zhì)，所以在納米材料研究中一直處于熱點(diǎn)和重點(diǎn)。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(yīng)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(shí)驗(yàn)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(shí)溶液將逐漸變?yōu)闇\黃色，將反應(yīng)得到的沉淀，再用蒸餾水和無(wú)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(jié)構(gòu)。

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(dāng)濃度的硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行"協(xié)同刻蝕"，此方法中的協(xié)同刻蝕是指：氧化亞銅立方體溶解的同時(shí)，溶液中產(chǎn)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(fā)組裝，并且比較完整的復(fù)制了氧化亞銅立方結(jié)構(gòu)。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(diǎn)是引進(jìn)了一個(gè)新的模板——氧化亞銅，并且闡釋了一個(gè)新的機(jī)理——協(xié)同刻蝕。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法二

以膠質(zhì)碳球?yàn)槟０?，?0mL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(tài)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(yīng)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(wú)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(zhì)碳球?yàn)槟０澹鶃喖谆陌窞槌恋韯?，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(tuán)。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(chǎn)生堿性環(huán)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(qiáng)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(tài)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(shí)驗(yàn)證明，只要金屬鹽溶于水都可以通過這種方法來(lái)制備氧化物空心球。這種方法所獲得產(chǎn)物的比表面積相對(duì)要大。通過實(shí)驗(yàn)得到，在相同的反應(yīng)條件下，對(duì)于同種金屬氧化物，碳球和葡萄糖加入的量對(duì)產(chǎn)物的比表面積有很大關(guān)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(chǎn)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(chǎn)物比表面積越大。此方法最大的優(yōu)越點(diǎn)在于可以控制最終產(chǎn)物的粒徑，并且產(chǎn)物粒徑比較均勻。

2 水熱法制氧化鎳空心球

2.1 實(shí)驗(yàn)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(yīng)混合物轉(zhuǎn)入到50mL反應(yīng)釜中，在180℃下微波水熱反應(yīng)90min，自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物離心分離，用無(wú)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(jiǎn)單，且氧化鎳空心球直徑大約在1.5μm左右。當(dāng)然，此方法也可以直接水熱法，只需要將在180℃微波水熱反應(yīng)60min，這一條件換為180℃保溫12h即可?，F(xiàn)在微波水熱法比傳統(tǒng)的水熱法更為方便，大大的縮短了反應(yīng)需要的時(shí)間，節(jié)省了大量的時(shí)間，加快了反應(yīng)過程。其實(shí)許多傳統(tǒng)的制備納米材料的水熱法，都可以使用微波水熱法。

2.2 實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(wú)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(shí)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(yīng)制備出氧化鎳多孔空心球結(jié)構(gòu)。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(chǎn)物為純的空心立方體氧化鎳，結(jié)晶良好，該方法具有反應(yīng)時(shí)間短，步驟簡(jiǎn)單，一步合成的特點(diǎn)。反應(yīng)過程中，通過與二價(jià)鎳離子的配位以及溶液中弱的電離來(lái)抗制溶液中的二價(jià)鎳離子和氫氧根離子的溶液，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氧化鎳成核和生長(zhǎng)的控制。按照此方法應(yīng)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(jié)構(gòu)，并且此法隨著鍛燒溫度在一定范圍內(nèi)升高，氧化鎳空心球的結(jié)晶度也有所提高。

3 結(jié)語(yǔ)

氧化鎳制備空心球的方法還有很多，當(dāng)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(dǎo)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(xié)同刻蝕的方法獲得氧化鎳空心殼；方法二打破了以往文獻(xiàn)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(shí)此法更加提醒了我們表面活性劑的重要性；方法二為傳統(tǒng)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(zhì)，并且此法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氧化鎳成核和生長(zhǎng)的控制，正是因?yàn)槿绱?，此方法可以預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，這也是這個(gè)方法的可貴之處。

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(本文文獻(xiàn)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(xué)生，主要從事納米材料氣敏性、化工設(shè)計(jì)、涂料等研究工作。

TQ138.1+3

A

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