Ni和Ni/NiO核-壳纳米颗粒制造技术

甘油用作沉淀镍与甘油物质的配合物的溶剂介质。所述沉淀物与液体溶剂分离并且干燥、在空气中煅烧以产生以包封在氧化镍壳中的镍核为特征的小颗粒（纳米大小）。镍核与氧化镍壳的比例可通过对在空气中加热的时间和温度的调节进行控制。延长在空气中的加热能够产生氧化镍颗粒，或者在氮气中煅烧所述沉淀物产生镍颗粒。

【技术实现步骤摘要】
Ni和Ni/NiO核—壳纳米顆粒抹术领域本专利技术涉及纳米大小的核/壳类型顆粒的镍/氧化镍.本专利技术还涉及 纳米大小的镍或氣化镍類粒.本专利技术还涉及制备这些顆粒的方法.背景扶术核-壳颗粒具有一种材料的核心和另一种材料的密封壳.核-壳 顆粒、特别是纳米等級尺寸顆粒的制备越来越重要.例如，金属/金属 氧化物核—壳纳米顆粒如Sn/Sn02、 Zn/ZnO和Cu/Cu20，其中的核与 壳来自相同的金属，已经在催化反应、气体传感器和磁性材料应用中 显示出一定的潜在应用.这些特殊金属元素的顆粒可通过化学还原它 们来自合适溶刑的阳离子容易地获得.将小金属襯粒从液体中分离并 且用空气或氧气对其外层进行有控制的氣化以形成金属/金属氣化物核 壳材料.镍和氣化镍成分是重要的铁磁性材料并且已广泛地在烃转化反应 中用作催化剂.但是，Ni和Ni/NiO核-壳材料的合成困难得多，原 因在于难于使用普通还原刑通过液体化学方法将Ni2+还原为金属镍. 目前，纳米大小的镍顆粒使用下迷两类方法之一制备(l)物理方法， 例如脉冲激光烧蚀、电子枪蒸发、电化学沉积或金属-有机化学气相 沉积，或(2)化学合成，例如与表面活性刑相关的橄乳技术或水热技术. 化学合成方法只有在强还原剂存在下利用非常稀的镍溶液(Ni"浓 度2.5 - 4S mmol/L)才能实施.具有一种更高效的制备纳米大小的Ni/NiO核壳类型材料的方法将 是非常有益的.
技术实现思路
本专利技术提供一种利用甘油作为介质制备纯Ni顆粒、或NiO類粒、 或Ni/NiO核—壳顆粒的方法.各种顆粒可以例如5 - S00nin的表大直 径制备.例如，已经获得约12nm-约30nm大小的顆粒.该方法允许 通过某些可容易调整的工艺麥数精确控制最终产物结构.依照本专利技术的优逸实施方案，将合适的镍前体化合物溶于甘油. 正如将要描述的，甘油中可以包含水或其他的容易混合的液体，前提 条件是存在对形成铼-甘油配舍物舍适量的甘油.舍适的前体化舍物包括Ni (II)的普通酸盐，例如乙酸铼、Ni(OAc)24H20，或硝酸镍， Ni(N03)2'6H20.例如，使用含水前体是合适的，因为水容易与甘油溶 刑介质混合.当获得镍前体化合物的甘油溶液时，通过控制添加械性 盐溶液，镍作为可煅烧镍-甘油化合物沉淀.械性材料可以是，例如 溶于水的破酸祸.緩慢地将0.2 M Na2C03水溶液加入含Ni甘油溶液中产生凝胶状的 沉淀物，显然是镍-甘油配合物材料沉淀物.优选地，舍有沉淀物的 甘油介质在高于环境湿度的湿度，例如801C下熟化1小时，然后过滤 凝胶状的沉淀物并且用蒸铺水洗涂.清洁后的沉淀物适当地在1001C下 过夜干燥，然后干燥后的产物准备在所选择的用于将金属-有机沉淀 物转化为純镍顆粒、氧化铼顆粒或Ni/NiO核壳顆粒的气氛下加热(煉 烧).甘油用作铼前体的溶刑或介质导致形成可煅烧为期望铼物质的 纳米大小顆粒的含镍 一甘油沉淀物.Ni纳米類粒和NiO/Ni核-壳纳米顆粒的形成及它们的结构特性 强烈地依賴于敞烧参数，例如温度和气氛.例如，当所述沉淀物在氣 气中煅烧，仅产生具有典型的面心立方(FCC)结构的金属Ni纳米顆 粒。但是，当煅烧在空气中进行时，形成具有FCC结构的包袭氣化镍 的金属Ni.透射电子显徵镜照片显示在空气中4001C下煅烧后形成了具有氣 化铢壳体边缘和晶体结构的均一 NiO/Ni纳米顆粒，但是在氣气4001C 下煅烧后的顆粒显示出完全还原的Ni顆粒.基于XRD困详的粒径计 算已经说明在Ni/NiO核-壳纳米顆粒中镍与氧化镍之间的比例取决 于温度和煅烧时间.在空气中于合适湿度下煅烧导致形成具有使各单 个Ni核完全隔离的NiO壳的顆粒.通过控制烺烧参数湿度和时间，获得具有穗定的由氣化镍壳包围的镍核心的顆粒.但是，在高煅烧温度 下，例如60010左右，可以获得已经完全氣化为NiO的顆粒.因而，纳米大小的純镍類粒，或純氣化镍顆粒，或核/壳类型的镍 和氣化镍顆粒可分别在利用甘油作为合适的镍前提化合物的分散和沉淀介质之后获得.这些小的晶体顆粒适合催化刑应用、传感器应用并 作为磁性材料.本专利技术的其他目的和优点将通过下文优逸实施方案的详细描述逐 渐明确.附困说明困1是S个干燥的镍-甘油沉淀物和沉淀物的^烧试样的X -射线衍射困谦的组合图.困2A是在氣气和空气气氛下湫烧的凝胶状镍-甘油沉淀物在60 分钟时间、温度由约室溫(298K)升高到773K期间所作的热重(TG)测 量，正如困中所标注.虚线表示在同时发生的不同热分析期间测量的 试样温度，单位K，实线表示随着加热，试样重量变化的比例.闺2B在氮气和空气气氛下煅烧的凝胶状镍—甘油沉淀物在60分 钟时间、温度由约室温(298K)升高到773K期间所作的差热分析 (DTA).正如田中所标注.虚线表示试样的溫度，单位K，而基本水平 的实线的纵向变化代表随着加热，试样温度与情性对比材料温度的差 别.困2C是质详数据困，其说明在升高温度下在氣气下敞烧时由凝胶 状镍-甘油沉淀物幹放分解产物(氣、水，， 一氣化碳和二氣化碳).围3A是通过在氣气、673K下煅烧铼-甘油沉淀物产生的Ni纳米 颗粒的TEM照片.困3B是通过在空气、673K下煅烧镍-甘油沉淀物产生的Ni/NiO 核-壳纳米顆粒的TEM照片.困4是合成镍、氧化镍和镍/氣化镍核/壳纳米顆粒程序的流程困.具体实施例方式在该方法中，合适的镍(II)盐溶于甘油(又称为1，2，3-丙三醉或丙 三醇)，优选使用稀幹的甘油，但是应该认识到甘油对水具有强亲和性 并且甘油基溶刑可包含一些水或其他可混溶材料.而且，正如将看到 的，水可通过水合镍化合物或通过后来的添加械到沉淀的镍中来加入甘油.镍-甘油沉淀物由甘油介质形成.干燥沉淀物并且然后在为了形 成纳米大小的镍顆粒或纳米大小的镍-氣化铼核-壳材料或纳米大小 的氣化镍顆粒逸棒的气氛下瓶烧，通过下迷实施方案已经制备具有约10 nm -约30 nm粒径的纯Ni和Ni/NiO核-壳纳米顆粒.该方法允许 通过茱些可容易调整的工艺参数控制最终产物的核-壳结枸.实验在挽拌下将包含0.0S mol镍前体(乙酸镍，Ni (OAc)2'4H20，或硝 酸镍，Ni (N03)2'6H20)和300mL甘油的溶液逐渐加热到801C并且在 该温度下保持30分钟.然后，将500 mL 0.2 M Na2C03水溶液緩慢地 加入该舍Ni甘油溶液.该混合物然后在801C下熟化1小时产生凝胶状 沉淀物，过滤该沉淀物并用蒸馆水洗涂.该熟化步稞看来产生了更均 匀且适合加工的沉淀物，在100TC下过夜干燥该沉淀物后，固体产物试样在不同环境中于各 种温度下煅烧.根据歉烧温度和煅烧气氛(氣气或空气)的组成，形 成了具有不同结构的Ni和/或NiO/Ni核-壳纳米瀕粒.试样的化学和物理性能通过X -射线衍射(XRD)、热—重(TG)和差 热分析(DTA)以及透射电子显徵镜(TEM)表征.质详用于确定试样受 到热处理时释放的物质种类.结果与讨论凝胶状沉淀物的XRD困* (在2e衍射角上)(困1中那条最低的 衍射线)显示没有明显的衍射峰.该数据睹示存在着无定形镍配合物. 困1还显示了四种在氣气或空气中歉烧的镍-甘油沉淀物的顆粒产物 的衍射困谦.这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备镍或氧化镍颗粒或具有包封在氧化镍壳中的镍核的颗粒的方法，该方法包括：　　　　将镍盐溶于含甘油溶剂中，　　　　从该溶液沉淀镍与甘油的配合物，　　　　在所选定的气氛、温度及时间内加热该沉淀物以分解该镍－甘油配合物，并且产生镍或氧化镍颗粒，或具有包封在氧化镍壳中的镍核的颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：W沈，Y李，M柴，JD罗杰斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：US[美国]