氧化镍空心球材料合成方法介绍

裴景伟，门方宝，张 萌

(滨州学院 化学化工学院，山东 滨州 256603)

氧化镍空心球材料合成方法介绍

裴景伟，门方宝，张 萌

(滨州学院 化学化工学院，山东 滨州 256603)

当今世界纳米材料的性能研究和结构控制早已经成为全球纳米技术研究的重点和热点。纳米材料的突破点便是去掌控纳米材料的形貌和尺寸，此文便是研究空心球结构纳米材料的。因空心球结构纳米材料相比于其它形貌的纳米材料具有密度小，比表面积大的特性。此文介绍了模板法和水热法制备氧化镍空心球。模板法利用氧化亚铜和胶质碳球为模板，而水热法则是采取两种不同的方法制备纳米空心球。这四种方法各有千秋，希望此文可以对纳米材料空心球的制备有帮助。

氧化镍； 空心球； 模板法；水热法

在众多的过渡金属氧化物中，N型半导体居多，而氧化镍则是为数不多的P型半导体。氧化镍具有比较稳定和较宽的带隙，正是因为其特殊性质，所以在纳米材料研究中一直处于热点和重点。在电池的电极、催化剂、和气体传感器等多方面一直被广泛应用。然而这些材料的性能很大程度上取决于氧化镍的形貌和尺寸。本文是研究氧化镍的空心球制备方法，分别介绍了模板法的两种方法和水热法的两种方法。

1 模板法制氧化镍空心球

1.1 实验方法一

以氧化亚铜为模板，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，乙醇和水的比例为1:1，然后加入0.01g氧化亚铜方块，超声20min，再加入0.002g六水合硝酸镍超声搅拌20min，再加入4mL硫代硫酸钠溶液，最后在磁力搅拌15min，这时溶液将逐渐变为浅黄色，将反应得到的沉淀，再用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤。60℃下恒温烘干8h得氢氧化镍,然后将氢氧化镍加热到500℃恒温180min，得到氧化镍空心壳结构。

本方法是以氧化亚铜为硬膜版，六水合硝酸镍为金属镍源，并且采用适当浓度的硫代硫酸钠溶液进行"协同刻蚀"，此方法中的协同刻蚀是指：氧化亚铜立方体溶解的同时，溶液中产生的大量氢氧化镍粒子在PVP表面活性剂的作用下，这些粒子自发组装，并且比较完整的复制了氧化亚铜立方结构。此方法极其新颖，并且制备的氧化镍空心球形貌和尺寸也十分好。此方法的新颖点是引进了一个新的模板——氧化亚铜，并且阐释了一个新的机理——协同刻蚀。

1.2 实验方法二

以胶质碳球为模板，在40mL乙醇中溶解0.5g左右六水合硝酸镍溶解，磁力搅拌10min，直到溶液澄清，然后加入0.2g制备的胶态碳球，超声40min，在磁力搅拌10min后，在向溶液中加入0.5g六亚甲基四胺，磁力搅拌10min，放入50mL反应釜，在120℃下恒温8h，自然冷却至室温，抽滤得到沉淀物，用蒸馏水和无水乙醇分别清洗三次，在70℃下恒温干燥8h，在500℃下恒温4h，得到氧化镍空心球。

本方法以胶质碳球为模板，六亚甲基四胺为沉淀剂，制备氧化镍空心球，可制得形貌均匀的氧化镍空心球。在溶液中吸收镍离子，是由于胶体表面的碳球是亲水的，并且含有大量氢氧根离子和碳氧双键基团。在溶剂热沉淀过程中，六亚甲基四胺在温和的速度下逐渐水解，并产生碱性环境，所以氢氧化镍沉积在胶体碳的表面上，即形成球型的氢氧化镍，此外在乙醇体系中降低了溶液的极性，这可以增强镍离子在模板表面形成紧凑沉积，在煅烧步骤中模板被氧化成气态碳氧化物逐渐除去，所以形成氧化镍空心球。此方法可以通用，通过大量实验证明，只要金属盐溶于水都可以通过这种方法来制备氧化物空心球。这种方法所获得产物的比表面积相对要大。通过实验得到，在相同的反应条件下，对于同种金属氧化物，碳球和葡萄糖加入的量对产物的比表面积有很大关系。在相同量的金属盐情况下，所加入碳球越多，所加入金属盐越少，产物的比表面积越大;在相同量碳球的情况下，所加入金属盐越少，产物比表面积越大。此方法最大的优越点在于可以控制最终产物的粒径，并且产物粒径比较均匀。

2 水热法制氧化镍空心球

2.1 实验方法一

取乙醇和四氢呋喃比例为1：1共40mL，磁力搅拌充分混合之后，在磁力搅拌作用下加入0.667g六水合硝酸镍和0.15g尿素，然后磁力搅拌20min，在加入0.4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)超声20min后，将得到的反应混合物转入到50mL反应釜中，在180℃下微波水热反应90min，自然冷却至室温，将所得产物离心分离，用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤3次后，然后70℃真空干燥8h，然后在500℃恒温2h将得氧化镍空心球。

此方法以六水合硝酸镍和尿素为原料，聚乙烯比咯烷酮(PVP)为表面活性剂，采用微波辅助水热方法制备氧化镍空心球。此方法简单，且氧化镍空心球直径大约在1.5μm左右。当然，此方法也可以直接水热法，只需要将在180℃微波水热反应60min，这一条件换为180℃保温12h即可。现在微波水热法比传统的水热法更为方便，大大的缩短了反应需要的时间，节省了大量的时间，加快了反应过程。其实许多传统的制备纳米材料的水热法，都可以使用微波水热法。

2.2 实验方法二

在50mL烧杯中，加入20mL去离子水和浓氨水的混合溶液，溶液比例为49:1，搅拌均匀，然后再向溶液中加入1.000g乙酸镍，磁力搅拌20min，将溶液移至50mL反应釜中，在150℃下恒温10h，自然冷却至室温，再离心分离，用去离子水与无水乙醇分别洗涤3次，在70℃下恒温干燥8h，然后在500℃下恒温3h，此时便得到氧化镍空心球。

本方法通过氨水和乙酸镍的水热反应制备出氧化镍多孔空心球结构。此方法制备的氧化镍多孔空心微球，氧化镍空心球直径在1μm左右，表面多孔，壁厚在30纳米左右，产物为纯的空心立方体氧化镍，结晶良好，该方法具有反应时间短，步骤简单，一步合成的特点。反应过程中，通过与二价镍离子的配位以及溶液中弱的电离来抗制溶液中的二价镍离子和氢氧根离子的溶液，实现对氢氧化镍成核和生长的控制。按照此方法应该可以制出氧化钴、氧化锡、氧化铁等其他金属氧化物的空心纳米结构，并且此法随着锻烧温度在一定范围内升高，氧化镍空心球的结晶度也有所提高。

3 结语

氧化镍制备空心球的方法还有很多，当然制备氧化镍空心球只是此文的介绍，此文的更大意义是可以指导更多氧化物的空心球制备。模板法中的方法一，十分新颖，并且利用了氧化亚铜为模板，此类方法极少，通过协同刻蚀的方法获得氧化镍空心壳；方法二打破了以往文献中的利用碳球作为模板合成空心球的方法，采用水热法一步合成了稀土掺杂氧化物。水热法中的方法一，利用四氢呋喃和乙醇为溶剂，加入表面活化剂，此种方法制得的氧化镍空心球，其实此法更加提醒了我们表面活性剂的重要性；方法二为传统水热法制备氧化镍空心球，但是此方法制出的氧化镍空心球却没有任何杂质，并且此法可以实现对氢氧化镍成核和生长的控制，正是因为如此，此方法可以预计实验结构，这也是这个方法的可贵之处。

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(本文文献格式：裴景伟，门方宝，张 萌 .氧化镍空心球材料合成方法介绍[J].山东化工，2017，46(10)：86，91.)

2017-04-02

裴景伟(1994—),山东滨州人，学生，主要从事纳米材料气敏性、化工设计、涂料等研究工作。

TQ138.1+3

A

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