Al和Mn复合掺杂氢氧化镍的结构及电性能

朱 畅 邓帮君

(湖北工程学院新技术学院，湖北 孝感 432000)

一、实验

(一)试剂及仪器

KOH(AR国药集团化学试剂有限公司)，Al2(SO4)2·18H2O(AR天津市凯通化学试剂有限公司)，NiSO4·6H2O(AR国药集团化学试剂有限公司)，MnSO4(AR)，电化学工作站(上海辰华仪器公司CHI660C)，铂片电极(上海精密科学仪器有限公司)，甘汞电极(上海电光仪器厂)，铂/金圆盘电极(Ø2mm)，X射线衍射仪(德国Bruker-axs公司D8)，SEM(日本JEOL JSM-6510型)。

(二)样品的制备

把NiSO4·6H2O、Al2(SO4)2·18H2O和MnSO4配置成摩尔比为85：15：3的混合溶液，在常温和超声波环境中边搅拌边向溶液中缓慢滴入0.45mol/L的KOH溶液直至溶液PH为11，继续搅拌15min，室温条件下陈化24h，将溶液离心洗涤直至洗出液呈中性，抽滤，自然晾干，研磨得到Al/Mn复合掺杂Ni(OH)2样品，记为样品A。在同样的条件及操作下将NiSO4·6H2O、Al2(SO4)2配置成摩尔比为85：15的混合溶液，制得Al掺杂Ni(OH)2样品，记为样品B。

二、结果与讨论

(一)样品的SEM结果分析

样品A和B在同一放大倍数下的SEM图像分别如图1所示，样品A为类球形，样品B为不规则块状，类球形的样品A比表面积样更大，说明样品A可能具有更好的电化学活性。样品A和B都存在团聚现象，样品A颗粒比样品B粒径小，可能由于加入Mn使晶体结晶度降低，减小了微晶尺寸，这在下面XRD分析中得到进一步证实。

图1 样品的SEM图片

(二)样品的XRD结构表征

图2所示为样品A和B的XRD谱图，从图中可以看出样品A和B具有α-Ni(OH)2特征峰(003)、(006)、(012)、(113)，峰与α-Ni(OH)2标准图谱卡片基本一致，呈典型的α-Ni(OH)2结构特征。图中样品A的四个特征峰都发生左移，说明样品A相对于样品B晶格常数发生了改变，结晶度降低，样品A相对于样品B由于掺杂Mn发生晶格畸变使C轴拉长，有效的增强了电极质子迁移作用。

样品A和样品B(003)晶面的晶面间距d及垂直于(003)晶面方向上的晶粒尺寸(Crystallite size)列于表1中(由JADE测算)，从表1可以看出A样品的(003)晶面间距大于B样品，样品A的晶粒尺寸小于样品B，说明样品A具有更大的比表面积，可能这和SEM的分析相符。

表1 样品的(003)晶面数据

图2 样品的XRD谱图

(三)样品的电化学性能

图3为样品在扫描速度为25mA/s时的循环伏安曲线，从图3中可以看出，α-Ni(OH)2/γ-NiOOH的氧化峰与阳极析氧峰清晰的分离，样品A的氧化峰电位在0.3314V附近，还原峰电位在0.2385V附近，电位差为0.0929V。样品B的氧化峰电位在0.3566V附近，还原峰电位在0.2259V附近，电位差为0.1307V。

A样品相比于B样品的峰更尖锐，说明A样品在电极反应过程中速率常数更大且反应速率更快，这可能是由于A样品具有更大的电极质子迁移速率，这与XRD分析的结果一致。

三、结论

超声波条件下用化学共沉淀法合成的Al/Mn复合掺杂Ni(OH)2在PH为11的碱性溶液中陈化24h后仍为纳米级α-Ni(OH)2，能在碱性条件下稳定存在。

(一)样品A相比于样品B结晶度有所降低，晶面间距增大为7.9784A，晶体c轴方向拉长，增强电极质子迁移作用

(二)样品A晶粒尺寸10.6nm，样品B晶粒尺寸12.1nm，样品A具有更大的比表面积，提高了电极反应活性

(三)循环伏安测试样品A电位差0.0929V，样品B电位差0.1307V，样品A还原峰正移0.0126V，提高了电极可逆性和活性物质利用率。

参考文献：

[1]张倩，徐艳辉，王晓琳.Al代α-Ni(OH)2的结构与电化学性能[J].稀有金属材料与工程，2003，32(10)：825-828.

[2]赵培正，张秀英，赵林治，杨书廷.掺杂Al的α-Ni(OH)2的电化学性能[J].应用化学，2001，17(1)：35-38.