NiO(111)片狀納米晶的制備及其表征

1、NiO（lll）片狀納米晶的制備及其表征腰木拉09081214實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.培養(yǎng)查閱文獻(xiàn)，搜集和整理資料的能力。2.通過獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)，提高自己的綜合實(shí)驗(yàn)技能。3.通過催化劑的一些表征手段，使能夠初步掌握X射線粉末衍射對晶體結(jié)構(gòu)的表征分析。研究背景：金屬氧化物納米材料廣泛應(yīng)用于制作催化劑、精細(xì)陶瓷、復(fù)合材料、磁性材料、熒光材料、濕敏性傳感器及紅外吸收材料等。傳統(tǒng)制備納米氧化鎳的方法有很多，如固相反應(yīng)法、化學(xué)沉淀法、和溶膠凝膠法等。由于自然界存在的和人工合成的氧化鎳晶體表面通常是最穩(wěn)定的（100）面，而強(qiáng)極性的未暴露的（111）面具有更高的活性，它決定了催化反應(yīng)的活性和選擇性。因此，探索一種操作簡

2、單、經(jīng)濟(jì)、重現(xiàn)性好的實(shí)驗(yàn)方法合成（111）面定向生長的氧化鎳納米晶在催化應(yīng)用領(lǐng)域具有重大的意義。實(shí)驗(yàn)背景NiO是一種用途廣泛的無機(jī)材料，在自然界中具有六方結(jié)構(gòu)，以綠礦石的形式存在。如同其它無機(jī)納米材料一樣，納米NiO具有許多優(yōu)異的性能，在電池電極、催化劑、磁性材料與陶瓷著色等方面具有廣泛的用途。由于納米NiO具有表面積大、活性位多、表面能高、選擇性好等特點(diǎn)，因此其在催化領(lǐng)域備受關(guān)注。納米氧化鎳的高催化性能取決于其晶粒尺寸、形貌控制，而這些因素受制備工藝的影響。制備納米NiO的方法有很多，如固相反應(yīng)法、化學(xué)沉淀法、和溶膠凝膠法等。催化反應(yīng)往往發(fā)生在固體催化劑的表面，催化劑的表面化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)通常

3、決定了其反應(yīng)活性和選擇性，因而提高納米金屬氧化物的催化性能的一個有效途徑是通過納米技術(shù)來調(diào)變它的表面結(jié)構(gòu)，即表面原子排列和配位環(huán)境。關(guān)于氧化物表面的類型，被人們廣為接受的是P.W.Tasker劃分的如圖1所示的三種類型1。類型I表面電荷為零、偶極矩也為零；類型II表面電荷不為零，但偶極矩為零；類型III不僅表面帶有電荷，而且具有和表面垂直的偶極矩。第三種表面是一種強(qiáng)極性表面，這種表面不穩(wěn)定，Tasker認(rèn)為這種表面通常會發(fā)生重構(gòu)，只有在其是微晶并且是非常薄的層狀結(jié)構(gòu)時才能穩(wěn)定存在，理論和實(shí)驗(yàn)研究表明表面羥基也可以起到穩(wěn)定該類強(qiáng)極性表面的作用；這種表面活性高，在催化等領(lǐng)域有很高的利用價值。Typ

4、eIsurface(Q=0,g=0)TypeIIsurface(Q豐0,g=0)TypeIIIsurface(Q豐0,g#0)圖1.Tasker劃分的氧化物三種不同的表面（Q為表面電荷密度；g為偶極矩）第三種表面由純的單層氧和純的單層金屬離子交替組成，多年來，這種表面只有物理學(xué)家在超高真空下通過酸浸蝕、離子轟擊和高溫電子焙燒后采用機(jī)械打磨等極其苛刻的條件和復(fù)雜的工藝下才能制得。對于巖鹽型結(jié)構(gòu)的晶體，TaskerIII型表面是(111)面，對于螢石型結(jié)構(gòu)的晶體，TaskerIII型表面是(100)或(200)面。由于(100)面是NiO納米晶最穩(wěn)定的晶面，所以自然界存在的和人工合成NiO晶體表面

5、通常是(100)面,但強(qiáng)極性的未暴露的(111)面具有更高的活性，它對反應(yīng)物的活化將起到很好的作用。因此，探索一種操作簡單、經(jīng)濟(jì)、重現(xiàn)性好的實(shí)驗(yàn)方法合成(111)面定向生長的NiO納米晶為研究開發(fā)具有高吸附和分解性能的納米金屬氧化物化學(xué)戰(zhàn)劑提供了新思維、新方法,對納米材料的表面化學(xué)改性具有重大的意義。NiO的晶型可通過X射線粉末衍射(XRD)表征確定。本實(shí)驗(yàn)通過濕化學(xué)法合成氧化鎳片狀納米晶，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。三.儀器與試劑X射線粉末衍射儀一臺BS124S型電子天平一臺水熱反應(yīng)釜一套101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱SHZ(DIII)循環(huán)水式真空泵箱式節(jié)能電爐及溫控器硝酸鎳(A.R.)苯甲醇(A.

6、R.)四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容氧化鎳片狀納米晶的制備一臺一臺一套甲醇(A.R.)尿素(A.R.)1稱取6.3gNi(NO3).6H2O溶于盛有70ml無水甲醇的聚四氟乙烯內(nèi)，待完全溶解后分別取0.65g尿素和10.5ml苯甲酸于上述溶液，攪拌至尿素完全溶解。2.將裝有混合液的水熱釜密封好后置于恒溫箱中，在175攝氏度下恒溫24h,冷卻至室溫。抽濾得到綠色前驅(qū)體。所得前驅(qū)體在干燥箱中干燥12h。3將干燥后樣品，于馬弗爐中在從5攝氏度升到500攝氏度煅燒5h氧化鎳片狀納米晶的機(jī)構(gòu)表征取上述煅燒后的樣品少許，于XRD分析儀中進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析。將所得X射線衍射圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡對比，分析晶體結(jié)構(gòu)。五結(jié)果與討論1分析XRD圖譜

7、。將其衍射峰值與標(biāo)準(zhǔn)卡的圖譜進(jìn)行對比，鑒定前驅(qū)體煅燒后的產(chǎn)物。并標(biāo)明圖譜中各個衍射峰的歸屬。六思考題1.在NiO片狀納米晶合成中，加入苯甲醇和尿素的作用？答:在NiO片狀納米晶合成中，加入苯甲醇的作用是：沒有苯甲醇的時候不能制成帶有六邊形孔洞的氧化鎳納米片，加入尿素的作用是：沒有尿素時可以制得較大的帶六方孔洞的納米片，加大尿素的量會得到較小的納米片。這樣，納米片的尺寸隨著尿素量的增加而減小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即使沒有尿素也能制得帶六方孔洞的納米片，但是尿素在合成方法中對納米片尺寸的控制起著非常重要的作用，通過尿素水解，它能穩(wěn)定的提供氫氧根離子，硝酸鎳與甲醇和水反應(yīng)形成氧化鎳前驅(qū)體時，會有副產(chǎn)物酸的生成，酸的積累會阻止氧化鎳前驅(qū)體的進(jìn)一步形成，添加尿素后，尿素水解形成的氫氧根離子會中和酸使得氧化鎳前驅(qū)體的形成成為可能。這樣，在自組裝過程中，穩(wěn)定的氫氧根離子的提供可以適當(dāng)調(diào)節(jié)硝酸鎳的水解和醇解速率，太高的水解和醇解速率會導(dǎo)致小的氧化鎳納米片的形成。有人曾從氧化鋅的圓片中制得氧化鋅環(huán)，他們說，這個洞的形成是氧化鋅圓片中心高密度缺陷的結(jié)果，由加熱條件下高區(qū)域反應(yīng)速率引起。類似的孔洞形成機(jī)理也可能發(fā)生在本實(shí)驗(yàn)中，苯甲醇很有可能扮演了結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的重要角色，促進(jìn)缺陷和片狀結(jié)構(gòu)的形成。苯甲醇在金屬氧化物的形貌控制、尺寸、結(jié)晶度的tailor上是很好的媒介，本實(shí)驗(yàn)中用苯甲醇