纳米结构氢氧化镍的新型液相沉积法制备及其表征

摘要

纳米结构氢氧化镍作为电池正极活性材料具有非常优越的应用前景,液相沉积法是制备纳米结构氢氧化镍的常用方法,但是传统液相沉积法有着自身的缺点,反应灵活性较差。本论文设计提出了一种新型液相沉积法,以氯化镍为原料,氢氟酸为镍离子配位剂形成镍氟配合物,改变氢氟酸的加入量能够得到不同F、Ni(II)原子比的镍氟配合物,然后加入氨水,作为镍离子补充配位剂的同时,提供镍氟配合物水解所需的OH-,配合物的水解缩合生成纳米结构的氢氧化镍。 采用新型液相沉积法,在不同实验条件下制备了由几十片纳米片花瓣组成的纳米结构的氢氧化镍花状微球。采用X-射线衍射,扫描电镜,透射电镜,红外光谱,比表面分析等手段对微球的结构及形貌进行表征分析。主要结果如下： (1)溶液pH值在7.5～8.8之间变化时,能够得到大量、均匀的纳米结构的Ni(OH)2花状微球,溶液pH值的微小变化会引起其微观形貌的显著变化。当溶液7.5≤pH≤8.0范围时,微球为α-Ni(OH)2晶型；当溶液8.0H≤8.8范围时,微球为α-和β-Ni(OH)2的混晶。 (2)F、Ni(II)原子比在1:1～6:1之间变化时,能够得到不同微观尺度的纳米结构的Ni(OH)2花状微球。当F、Ni(II)原子比<5:1时,微球为α-和β-Ni(OH)2的混晶：当F、Ni原子比≥5:1时,微球为α-Ni(OH)2晶型。 (3)溶液Ni(II)的浓度的变化会引起Ni(OH)2微观形貌的变化,通过分析得出,Ni(II)浓度为0.03mol/L是形成Ni(OH)2花状微球的较适宜浓度。 (4)反应时间影响着Ni(OH)2花状微球的微观形貌和产率。结合不同反应时间的Ni(OH)2花状微球微观形貌和产率的变化分析,提出了Ni(OH)2花状微球由纳米片团聚-表面生长-表面溶解的形成机制。 采用新型液相沉积法,在活化的载玻片表面上生长了均匀的由氢氧化镍纳米棒搭接而成的纳米结构的氢氧化镍多孔薄膜。采用X-射线衍射,扫描电镜,透射电镜,热重-差热分析,表面粗糙度测定仪等手段对薄膜的结构及形貌进行表征分析。主要结果如下： (1)溶液pH值在7.5～8.8之间变化时,能够在载玻片表面上形成均匀的纳米结构的Ni(OH)2薄膜,其微观形貌随着溶液pH值的微小变化而发生显著变化。结合Ni(OH)2成核、生长过程和Ni(OH)2晶体结构特点讨论了溶液pH值对Ni(OH)2薄膜微观形态的影响机制。 (2)F、Ni(II)原子比在1:1～6:1之间变化时,能够在载玻片表面上形成不同微观尺度的纳米结构的Ni(OH)2薄膜。当F、Ni(II)原子比<5:1时,薄膜为α-和β-Ni(OH)2的混晶；当F、Ni原子比≥5:1时,薄膜为α-Ni(OH)2晶型。 (3)反应时间影响着Ni(OH)2薄膜的微观形貌和厚度,随着反应时间的延长,薄膜中Ni(OH)2纳米棒的尺寸增大。薄膜的厚度并不是随着反应时间的延长而线性增大,当反应进行到一定程度时,薄膜的厚度变化不大,而且如果反应时间过长,生长的薄膜会发生剥落而影响薄膜的质量。 (4)Ni(OH)2薄膜在400℃下焙烧两小时完全转化得到NiO薄膜,NiO薄膜与热分解前的Ni(OH)2薄膜的微观形态基本相似,晶型为立方相。 本方法与以往的制备纳米氢氧化镍的方法相比较,具有室温操作、过程简单、易于调控、周期较短、成本低廉的优点,可制得高质量的新型纳米结构的氢氧化镍,为其应用开拓了广泛的前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1纳米材料研究现状

1.1.1纳米材料的性能

1.1.2纳米材料的制备方法

1.2纳米氢氧化镍的研究现状

1.2.1氢氧化镍的晶体结构

1.2.2氢氧化镍电极的反应机理

1.2.3纳米氢氧化镍的制备及在电极材料中的应用

1.3本论文的目的和意义

1.4本论文的研究内容和实施方案

第2章实验方法与测试手段

2.1传统液相沉积法

2.2新型液相沉积法

2.3实验方法

2.3.1主要原料

2.3.2纳米结构Ni(OH)2粉体的制备

2.3_3纳米结构Ni(OH)2薄膜的制备

2.4表征手段

2.4.1 X射线衍射(XRD)分析

2.4.2扫描电镜(SEM)分析

2.4.3透射电镜(TEM)分析

2.4.4原子力显微镜(AFM)分析

2.4.5红外光谱(FT-IR)分析

2.4.6比表面(BET)分析

2.4.7热重-差热(TG-DTA)分析

2.4.8表面粗糙度测定仪分析

第3章纳米结构氢氧化镍粉体的制备及表征

3.1引言

3.2实验

3.2.1实验原料

3 2.2主要仪器

3.2.3样品制备

3.2.4表征方法

3.3结果与讨论

3.3.1溶液pH值对Ni(OH)2粉体的影响

3.3.2 F、Ni(Ⅱ)原子比对Ni(OH)2粉体的影响

3.3.3镍盐浓度对Ni(OH)2粉体的影响

3.3.4反应时间对Ni(OH)2粉体的影响

3.3.5形成机制的讨论

3.4本章小结

第4章纳米结构氢氧化镍薄膜的制备及表征

4.1引言

4.2实验

4.2.1实验原料

4.2.2主要仪器

4.2.3样品制备

4.2.4表征方法

4.3结果与讨论

4.3.1溶液pH值对Ni(OH)2薄膜的影响

4.3.2 F、Ni(Ⅱ)原子比对Ni(OH)2薄膜的影响

4.3.3反应时间对Ni(OH)2薄膜的影响

4.3.4氢氧化镍的热分解

4.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢