可控形貌氧化鎳的微波水熱制備化學(xué)性能研究.pdf

1、本課題以六水合硝酸鎳、尿素、氨水、無水乙醇為原料,以聚乙二醇(PEG)為表面活性劑,采用微波水熱工藝成功制備出了不同形貌的氫氧化鎳前驅(qū)體,然后經(jīng)過煅燒得到形貌與前驅(qū)體一致的氧化鎳。實(shí)驗(yàn)所得樣品分別用X射線衍射分析技術(shù)(XRD)、熱分析(TG/DTA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)、選區(qū)電子衍射分析(S/LED)、傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)、紫外-可見光譜分析(UV-Vis)等檢測(cè)儀器進(jìn)行

2、了分析和表征,還通過循環(huán)伏安法(CVs)考察了所制備樣品的電化學(xué)性能,同時(shí)也對(duì)Ni(OH)2自組裝結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理做了分析。除此之外,對(duì)微波水熱工藝過程中可能影響產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的各種影響參數(shù)也做了考察分析,比如:微波水熱溫度、微波水熱時(shí)間、PEG的濃度、尿素添加量等。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　 (1)以六水合硝酸鎳、尿素為原料,PEG-6000為表面活性劑,在填充比為50％的情況下,采用微波水熱工藝制備出了核桃狀氫氧化鎳

3、自組裝微球,將前驅(qū)體在400℃下煅燒,得到形貌與前驅(qū)體一致的氧化鎳自組裝微球,并且由粒徑分布結(jié)果可以看出,隨著PEG-6000的濃度的增大,微球的直徑減小。當(dāng)PEG的濃度分別為2,3和4mmol·L-1時(shí),前驅(qū)體的粒徑分別為4.689μm,4.185μm和3.907μm,氧化鎳的粒徑分別為2.818μm,2.681μm和.2.492μm。不同尿素添加量制備的前驅(qū)體的SEM和XRD結(jié)果表明:尿素用量決定納米結(jié)構(gòu)單元的形貌,過多的尿素用量會(huì)

4、使微球表面的片狀結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)物中出現(xiàn)NiOOH和NiO的晶相。選區(qū)電子衍射分析表明,前驅(qū)體和氧化鎳均為多晶。循環(huán)伏安測(cè)試表明,隨著掃描速率的增大,氧化鎳的可逆性變好。
　　 (2)以六水合硝酸鎳為鎳源,尿素和氨水為水解控制劑及PEG一20000為表面活性劑,在填充比為50％的情況下,采用微波水熱工藝成功制備出了花狀氫氧化鎳自組裝結(jié)構(gòu)前驅(qū)體,將前驅(qū)體在不同溫度下煅燒得到花狀氧化鎳自組裝結(jié)構(gòu)。測(cè)試結(jié)果表明,所制自組裝氫氧化鎳結(jié)構(gòu)

5、的直徑為2.5-4.5μm左右,是由厚度為10-20nm,寬度為0.5-1.5μm的納米片自組裝而成。UV-Vis分析結(jié)果表明,隨著煅燒溫度的升高,氧化鎳出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。將所制備的氧化鎳和炭黑制成電極,其電化學(xué)性能測(cè)試表明炭黑對(duì)花狀結(jié)構(gòu)Ni(OH)2電極的總電容的影響是可以忽略的,炭黑在Ni(OH)2電極中主要是起到導(dǎo)電的作用,Ni(OH)2電極具有良好的可逆性。
　　 (3)以硝酸鎳、尿素為原料,PEG-6000為表面活性劑,在

6、填充比為75％的情況下,采用微波水熱工藝制備出了表面長(zhǎng)有小立方體的氫氧化鎳自組裝微球。其中Ni(OH)2的直徑為2-4μm,其立方體的邊長(zhǎng)為200nm。前驅(qū)體經(jīng)過熱處理即可得到相同形貌的NiO微球,其立方體的邊長(zhǎng)為100nm,并且NiO樣品相對(duì)于常規(guī)本體NiO有明顯紅移現(xiàn)象。當(dāng)增加PEG-6000的質(zhì)量至5.4g時(shí),產(chǎn)物中出現(xiàn)六棱柱狀和片狀等多種結(jié)構(gòu),且顆粒的基本單元為六邊形。循環(huán)伏安測(cè)試表明,當(dāng)掃描速率為100mV/s時(shí),NiO電極反