纳米氧化镍的合成研究

史晋宜，支玉杰

（吉林化工学院应用化学系，吉林 吉林 132022）

氧化镍作为一种非常常见的固体无机材料，在很多领域中有着广泛的应用。相比普通的氧化镍颗粒，纳米氧化镍的性能更优良，化学性能和物理性能更加突出，可以用于催化剂、传感器、陶瓷材料、电池等众多领域，拥有很好的发展前景[1]。目前，制备氧化镍颗粒主要采用固相法、液相法或气相法等。固相法又可以分为机械合金法和高温分解法等；液相法可以分为溶剂-凝胶法、水热合成法和共沉淀法等；气相法主要指的是喷雾焙烧法[2-7]。

在众多的合成方法中，固相法和溶剂凝胶法是2种比较常见的固体材料制备方法。固相法具有成本低、产量大以及工艺简单等优点，广泛的用于工业生产中；而溶剂凝胶法则是实验室制备纳米材料常用方法之一，因此，本研究中，分别使用固相法中最具代表性的高温分解法和液相法中的溶剂-凝胶法来合成氧化镍颗粒，通过对不同合成方法制备的氧化镍的形貌以及尺寸的分析，获得不同方法的技术特征，以便于生产时选择不同的技术路线。

1 实验部分

1.1 合成方法

溶剂-凝胶法实验步骤。将原料硝酸镍的阳离子与柠檬酸以摩尔比1:1添加到坩埚中，加入去离子水搅拌溶解，用氨水调节pH为8～9，用磁力搅拌器加热至80 ℃搅拌至产品呈黏稠状，停止加热，烘箱调节在100～120 ℃，烘干10 h，分别在550、600、700 ℃3 种温度下用马弗炉焙烧10 h，自然冷却到室温，得到纳米氧化镍产品。

固相法实验步骤。取一定量的硝酸镍使用马弗炉中在550、600、700 ℃3 种温度下焙烧10 h，即得产品纳米氧化镍。

1.2 表征与分析

纳米氧化镍产品结构由D80-ADVANCE 型X射线衍射仪（XRD）分析确证，晶体形貌由JSM-6480A 型扫描电镜（SEM）分析，由Winner 2006粒度仪测量粒径。

2 结果与讨论

2.1 晶体结构

图1和图2分别为溶剂-凝胶法和固相法在不同温度下制备的纳米硝酸镍的XRD图谱。

由图1和图2可知，产品粉末的衍射峰与标准物质氧化镍图谱的峰位基本吻合，属立方晶系的岩盐结构，由此说明溶剂凝胶法和固相分解法都可以制得NiO 晶体。但在使用溶剂-凝胶法时，在550 ℃和600 ℃的反应温度下，XRD结果中出现了1 个较小的杂质峰，550 ℃时得到的样品衍射峰强度较小。而在固相热分解的产品中则没有这个现象，3 个产品XRD 结果均未见杂质峰，且结晶度较高。

图1 溶剂-凝胶法制备纳米硝酸镍的XRDFig 1 XRD of nano nickel nitrate that prepared by solvent-gel method

图2 固相法制备的纳米硝酸镍XRDFig 2 XRD of nano nickel nitrate that prepared by solid-state method

在溶剂-凝胶法中，加入了大量的柠檬酸作为螯合剂，在高温下，有机物会分解从而带走了大量的热量，使得氧化物的制备需要更长的反应时间或者更高的反应温度；而固相法因为没有添加有机物，使得在相同的反应条件下，产品的结晶度更高一些，但若是反应物为2 种以上的阳离子，这时溶剂-凝胶的离子级混合的优势就会体现出来。由此可见，合成NiO 时，固相热分解法比溶剂-凝胶法所需反应条件更温和一些，工业生产中的生产成本会更低一些。

2.2 微观形貌

图3为不同合成方法在不同反应温度下制得产品的SEM测试结果。

由图3可知，固相热分解法所制得的产品颗粒均匀、棱角分明、结晶度好，没有明显的团聚、结块现象发生，且随着反应温度的升高，产品颗粒变得更加的松散。而对于溶剂-凝胶法来说，其产品形状不是很规则并且有团聚现象发生。

图3 2种方法制备的纳米硝酸镍SEM照片Fig 3 SEM of nano nickle nitrate that prepared by two methods

在采用溶剂凝胶法制备氧化物时，加入了柠檬酸作为螯合剂，柠檬酸在螯合阳离子的同时也发生了聚合，这样使得高温条件下制得的氧化物发生团聚现象。这种团聚会使得颗粒的比表面积减小，在一定程度上会影响产品的性能。

2.3 粒度分布

表1 为溶剂-凝胶法和固相法产品粒径分析结果。

表1 纳米硝酸镍颗粒的大小和分布Tab 1 Sizeanddistributionofnicklenitratenanoparticles

由表3 可知，随着温度的升高，2 种方法得到的产品粒径都在不断的增大，这个符合一般高温反应的规律。固相法合成产物的粒径明显小于溶剂-凝胶法的产物，这主要是溶剂-凝胶法得到的产品发生了团聚。

溶剂-凝胶法是一种液相混合的合成方法，是一种制备纳米材料非常重要的手段。其主要是利用有机物的螯合作用将阳离子进行离子程度的混合，因此，在溶液中有2种以上的阳离子时更能体现出其混合优势。而在单一阳离子氧化物的制备过程中，没有复合阳离子混合的需求，反而由于螯合剂的聚合使得产品发生了团聚，由此可见，在单一阳离子氧化物的制备时，固相热分解法是一种廉价、高效的工艺方法。

3 结 论

选用溶剂-凝胶法和固相热分解法制备了纳米氧化镍，结果显示，溶剂-凝胶法和固相法均成功合成了纳米氧化镍粉末；用X 射线衍射结果确证合成的物质是氧化镍颗粒，并随着温度的升高，颗粒结晶逐渐完善；随着温度的升高，产品粒径增大，固相法合成产物的粒径明显小于溶剂-凝胶法的产物，这主要是溶剂-凝胶法采用的螯合剂发生聚合的原因。

由此可知，相对于溶剂-凝胶法，固相法更加适合氧化镍粉末的制备。