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。實驗所得樣品分別用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)等檢測儀器進行

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,同時也對Ni(OH)2自組裝結(jié)構(gòu)的形成機理做了分析。除此之外,對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、微波水熱時間、PEG的濃度、尿素添加量等。
　　 實驗結(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,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

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)性能測試表明炭黑對花狀結(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,其立方體的邊長為100nm,并且NiO樣品相對于常規(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,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)伏安測試表明,當(dāng)掃描速率為100mV/s時,NiO電極反