溶劑熱法合成球形nioh2

溶劑熱法合成球形nioh2

近年來，作為化學(xué)電池的發(fā)展對(duì)象，銅系列電池在電池中發(fā)揮著重要作用。在鎳系列電池中,Ni(OH)2常作為正極活性材料的活性物質(zhì),Ni(OH)2電極材料具有比表面積大,質(zhì)子擴(kuò)散快,擴(kuò)散路徑短,電化學(xué)活性大等諸多優(yōu)點(diǎn),倍受研究者青睞。而低維納米材料,是一類在空間上既具有納米尺寸,又具有宏觀尺度的材料,因而是研究電子傳輸行為、光學(xué)特性和力學(xué)性能等物理性質(zhì)的理想系統(tǒng),它們?cè)诮橛^領(lǐng)域和納米器件研究方面有著重要的應(yīng)用前景。近年來,納米材料的迅猛發(fā)展,氫氧化鎳納米材料的制備和應(yīng)用備受關(guān)注,而有關(guān)一維Ni(OH)2微納米材料的報(bào)道較少;球形Ni(OH)2具有較高的堆積密度,可以有效提高電池性能。因而,具有一維結(jié)構(gòu)和球狀形貌的Ni(OH)2的可控合成,對(duì)電池的發(fā)展具有重要的研究意義。文章以乙二醇作為溶劑,六水合氯化鎳為鎳源、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為表面活性劑,采用溶劑熱法,通過改變反應(yīng)溫度可控地合成了棒狀、管狀和球狀氫氧化鎳。通過X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)分別對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征,并對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行了討論。1實(shí)驗(yàn)部分1.1藥品的合成a/n,b六水合氯化鎳(NiCl2·6H2O),無水醋酸鈉(NaAc),聚乙烯吡咯烷酮(PVP),乙二醇(EG),無水乙醇(C2H5OH),以上藥品均為分析純(A.R.)。1.2實(shí)驗(yàn)步驟1.2.1添加naac制備pv首先將0.4742gNiCl2·6H2O溶解于20mL乙二醇中,用磁力攪拌器攪拌30min至固體完全溶解,再向其中依次添加1.44gNaAc、0.3030gPVP,繼續(xù)攪拌至固體完全溶解,得到綠色澄清溶液。將此溶液裝入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓釜(22mL容量)中,置于烘箱中130℃下反應(yīng)8h,然后自然冷卻至室溫。再將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離,乙醇洗滌6次,最后放置在烘箱中60℃下保持3h,干燥后所得的產(chǎn)物為Ni(OH)2微米棒。1.2.22-管道木材的合成方法同上,反應(yīng)溫度為170℃。1.2.32球積合成方法同上,反應(yīng)溫度為190℃。1.2.4產(chǎn)品的形貌表征樣品的晶體結(jié)構(gòu)用X射線衍射儀(XRD-6000,CuKαλ=0.15406nm)進(jìn)行表征。產(chǎn)物的形貌用掃描電子顯微鏡(SEM,JEOLJSM-6360LV,加速電壓為10kV)進(jìn)行表征。將Ni(OH)2的乙醇懸濁液滴在掃描電子顯微鏡的樣品臺(tái)上,自然晾干,再離子濺射鍍上一層約5nm厚的金屬鉑膜,即可進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察。2結(jié)果2.1生長規(guī)則結(jié)構(gòu)的直徑和長度分布我們采用相同的方法做了一系列不同溫度的實(shí)驗(yàn)(如圖1所示),發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)溫度超過100℃時(shí)才有產(chǎn)物生成。在反應(yīng)溫度為120℃時(shí),產(chǎn)物的形貌為棒狀,表面光滑,但長短不均一,直徑約1～2μm,長度約5～6μm,如圖1a。當(dāng)反應(yīng)溫度升高至130℃時(shí),形貌明顯變得有規(guī)則,分布也較均一,棒狀結(jié)構(gòu)的直徑略有降低,約為0.5～1μm,長度較一致,約15μm,如圖1b。當(dāng)反應(yīng)溫度升高至140℃時(shí),產(chǎn)物的形貌基本保持一維棒狀結(jié)構(gòu),但是部分棒狀結(jié)構(gòu)發(fā)生了溶解,在一維結(jié)構(gòu)的表面出現(xiàn)了球狀粒子,如圖1c。當(dāng)反應(yīng)溫度升高至170℃時(shí),產(chǎn)物的尺寸增大,實(shí)心棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)榭招墓軤?且產(chǎn)物微米棒表面開始也變得粗糙,有部分類似薄片狀的結(jié)構(gòu)相互交織構(gòu)筑成微米管的管壁,同時(shí)還有一些薄片狀結(jié)構(gòu)交織成類似球狀的結(jié)構(gòu),如圖1d。當(dāng)反應(yīng)溫度升高至190℃時(shí),此時(shí)產(chǎn)物的一維結(jié)構(gòu)完全被破壞,得到尺寸均一,直徑約0.5μm的納米片自組裝的球狀結(jié)構(gòu),如圖1e。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過改變反應(yīng)溫度,可以有效地控制產(chǎn)物的形貌由一維結(jié)構(gòu),如130℃時(shí)的棒狀和170℃時(shí)的管狀,向球狀結(jié)構(gòu)(190℃)轉(zhuǎn)變。2.2-nioh2晶面的檢測圖2為產(chǎn)物的XRD圖,圖中譜峰出現(xiàn)在19.6°、33.4°、38.7°、52.2°、59.4°和63.1°附近,這與標(biāo)準(zhǔn)圖譜(JCPDSNo.14-0117)對(duì)比,分別對(duì)應(yīng)于β-Ni(OH)2的(001)、(100)、(101)、(102)、(110)和(111)晶面的衍射峰,表明產(chǎn)物為β-Ni(OH)2,且在譜圖中未發(fā)現(xiàn)其它峰,表明產(chǎn)物具有較高的純度。2.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)納米棒形貌的影響反應(yīng)時(shí)間是研究產(chǎn)物形成的一個(gè)重要因素,我們以棒狀Ni(OH)2為例,通過考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影響,研究棒狀結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理,如圖3所示。圖3分別顯示了1h、2h、4h、7h和8h時(shí),棒狀Ni(OH)2的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1h時(shí),產(chǎn)物是粗細(xì)均勻、長度較均一的一維棒狀結(jié)構(gòu),直徑約為0.5～1μm和長度約10μm,但微米棒形貌缺陷較多,如圖3a。當(dāng)時(shí)間延長至2h時(shí),微米棒的尺寸較均一,表面光滑,缺陷減少,如圖3b。隨著反應(yīng)時(shí)間增加至4h時(shí),微米棒的尺寸開始變得粗細(xì)不均勻,部分微米棒變粗,另有一些變細(xì),而長度沒有顯著變化,如圖3c。當(dāng)時(shí)間延長到7h時(shí),棒的形貌比較完善,且較粗微米棒直徑進(jìn)一步增加,約1.5μm,較細(xì)微米棒直徑進(jìn)一步減小,約0.3μm,如圖3d。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間延長至8h時(shí),細(xì)的微米棒隨著時(shí)間的延長已基本溶解,得到的是性質(zhì)穩(wěn)定、尺寸均一、直徑約2μm的微米棒,如圖3e。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,微米棒的形成經(jīng)歷了溶解-再結(jié)晶的過程,通過改變反應(yīng)時(shí)間,可以得到不同尺寸的微米棒。3生長過程及結(jié)構(gòu)表征本實(shí)驗(yàn)采用溶劑熱法,以乙二醇做溶劑,六水合氯化鎳為鎳源,PVP為表面活性劑,合成了不同形貌的Ni(OH)2。以掃描電子顯微鏡(SEM)為研究手段,通過改變反應(yīng)溫度,可以分別得到一維棒狀、管狀和納米片自組裝的球狀產(chǎn)物;通過X射線衍射(XRD)對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)不同反應(yīng)溫度下得到的產(chǎn)物均是β-Ni(OH)2。并以一維棒狀Ni(OH)2為例,考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影