專利名稱：水熱法制備Ni(OH)₂納米片陣列薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水熱法制備Ni (OH)2納米片陣列薄膜的方法，屬于功能薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來制備 高容量、高活性的氫氧化鎳陰極活性材料成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。與普通微米球形Ni (OH) 2相比，納米Ni (OH) 2顆粒具有更高的質(zhì)子遷移速率、更小的晶粒電阻、更快的活化速度。納米Ni (OH) 2粉體材料的研究很多，但直接制備納米Ni (OH) 2薄膜的研究相對(duì)較少，而薄膜微電池由于能量密度高，循環(huán)壽命長，安全性好，工作溫度范圍大等特點(diǎn)，被認(rèn)為是今后電池發(fā)展的主要趨勢。因此研究一種簡單實(shí)用的Ni (OH)2薄膜制備方法是促進(jìn)薄膜微電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種能滿足上述需要、可操作性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、工藝簡單的一種水熱法制備Ni (OH)2納米片陣列薄膜的方法。其技術(shù)方案為:一種水熱法制備Ni (OH) 2納米片陣列薄膜的方法，其特征在于采用以下步驟:(I)襯底為普通玻璃、石英玻璃或ITO導(dǎo)電玻璃，將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水混合液中，混合液中濃硫酸與雙氧水體積比為7:3，煮沸至無氣泡產(chǎn)生，完成襯底的羥基化；(2)將羥基化后的襯底置于純油酸中，在70°C的水浴鍋內(nèi)浸泡2 4h后，再用無水乙醇清洗去除表面附著的多余油酸，然后再置于濃度為10mg/ml的高錳酸鉀溶液中浸泡4 8h，完成襯底的羧基化；(3)在攪拌中將氨水緩慢滴加到摩爾濃度為0.0T0.2M的醋酸鎳乙醇溶液中，直至混合溶液的PH值為8 9，在2(T40°C繼續(xù)攪拌0.5 2h，配制成Ni (OH) 2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni (OH)2溶膠中浸潰5 lOmin，取出后在10(Tl20°C干燥l(T20min，反復(fù)浸潰提拉2 3次，在襯底上預(yù)置Ni (OH)2晶種；(5)將摩爾濃度均為I 25mM的鎳鹽溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni (OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni (OH)2晶種的襯底放入生長液中，一同置于烘箱中，在7(T80°C保溫2 4h后，再升溫至16(T18(TC保溫6 10h，自然冷卻后取出襯底反復(fù)洗滌干燥，即可獲得Ni (OH)2納米片陣列薄膜，其中鎳鹽溶液為硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳中的任一種。所述的水熱法制備Ni (OH)2納米片陣列薄膜的方法，步驟(I)中，將襯底依次用洗滌液、丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15 20min，使之表面清洗干凈。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是:1、采用水熱法直接在玻璃襯底上制備Ni (OH)2納米片陣列薄膜，Ni (OH)2納米片晶體尺寸可控，可操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，適合于規(guī)模化、工業(yè)化生產(chǎn)。2、步驟(5)中水熱反應(yīng)分兩步進(jìn)行，首先在7(T80°C保溫2 4h的目的是為了減慢均相形核速率，使六次甲基四胺緩慢水解釋放出0H_，保證Ni (OH)2晶核在襯底上生長形成均勻連續(xù)的Ni (OH)2納米片陣列薄膜，繼而再升溫至16(T18(TC保溫6 IOh是增加Ni (OH)2晶體的結(jié)晶度。3、對(duì)襯底規(guī)格、形狀要求低，在大面積薄膜生長、以及不規(guī)則襯底材料上的薄膜生長方面，具有突出的優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得Ni (OH) 2納米片陣列薄膜的XRD圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得Ni (OH) 2納米片陣列薄膜的SEM圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，采用以下步驟:(I)將普通玻璃襯底依次用洗滌液、丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15min，然后將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水混合液中，混合液中濃硫酸與雙氧水體積比為7:3，煮沸至無氣泡產(chǎn)生，完成襯底的羥基化；(2)將羥基化后的襯底置于純油酸中，在70°C的水浴鍋內(nèi)浸泡4h后，再用無水乙醇清洗去除表面附著的多余油酸，然后再置于濃度為10mg/ml的高錳酸鉀溶液中浸泡8h，完成襯底的羧基化；(3)在攪拌中將氨水緩慢滴加到摩爾濃度為0.0lM的醋酸鎳乙醇溶液中，直至混合溶液的PH值為8，在40°C繼續(xù)攪拌0.5h，配制成Ni (OH) 2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni (OH)2溶膠中浸潰lOmin，取出后在120°C干燥lOmin，再反復(fù)浸潰提拉2次，在襯底上預(yù)置Ni (OH)2晶種；(5)將摩爾濃度均 為12.5mM的硝酸鎳溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni (OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni (OH)2晶種的襯底放入生長液中，一同置于烘箱中，在70°C保溫2h后，再升溫至180°C保溫為6h，自然冷卻后取出襯底反復(fù)洗滌干燥，即可獲得Ni (OH)2納米片陣列薄膜。由圖1和圖2可以看出，薄膜在70°C保溫2h后升溫至180°C，水熱反應(yīng)6h后，生成了結(jié)晶度良好的P-Ni (OH)2相，而且P-Ni (OH)2晶粒呈片狀結(jié)構(gòu)，垂直生長于基片表面，納米片相互搭接，中間留有開口孔洞，呈現(xiàn)出Ni (OH)2納米片陣列薄膜結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2:(I)將石英玻璃襯底依次用洗滌液、丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗20min，然后將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水混合液中，混合液中濃硫酸與雙氧水體積比為7:3，煮沸至無氣泡產(chǎn)生，完成襯底的羥基化； (2)將羥基化后的襯底置于純油酸中，在700C的水浴鍋內(nèi)浸泡2h后，再用無水乙醇清洗去除表面附著的多余油酸，然后再置于濃度為10mg/ml的高錳酸鉀溶液中浸泡4h，完成襯底的羧基化；(3)在攪拌中將氨水緩慢滴加到摩爾濃度為0.1M的醋酸鎳乙醇溶液中，直至混合溶液的PH值為9，在20°C繼續(xù)攪拌2h，配制成Ni (OH) 2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni (OH)2溶膠中浸潰5min，取出后在100°C干燥20min，再反復(fù)浸潰提拉2次，在襯底上預(yù)置Ni (OH)2晶種；(5)將摩爾濃度均為25mM的硫酸鎳溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni (OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni (OH)2晶種的襯底放入生長液中，一同置于烘箱中，在80°C保溫2h后，再升溫至160°C保溫為10h，自然冷卻后取出襯底反復(fù)洗滌干燥，即可獲得Ni (OH)2納米片陣列薄膜。實(shí)施例3:(I)將ITO導(dǎo)電玻璃襯底依次用洗滌液、丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15min，然后將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水混合液中，混合液中濃硫酸與雙氧水體積比為7:3，煮沸至無氣泡產(chǎn)生，完成襯底的羥基化；(2)將羥基化后的襯底置于純油酸中，在70°C的水浴鍋內(nèi)浸泡3h后，再用無水乙醇清洗去除表面附著的多余油酸，然后再置于濃度為10mg/ml的高錳酸鉀溶液中浸泡6h，完成襯底的羧基化； (3)在攪拌中將氨水緩慢滴加到摩爾濃度為0.2M的醋酸鎳乙醇溶液中，直至混合溶液的PH值為8，在30°C繼續(xù)攪拌Ih，配制成Ni (OH) 2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni (OH)2溶膠中浸潰8min，取出后在110°C干燥15min，再浸潰提拉I次，在襯底上預(yù)置Ni (OH)2晶種；(5)將摩爾濃度均為ImM的氯化鎳溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni (OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni (OH)2晶種的襯底放入生長液中，一同置于烘箱中，在75°C保溫3h后，再升溫至170°C保溫為8h，自然冷卻后取出襯底反復(fù)洗滌干燥，即可獲得Ni (OH)2納米片陣列薄膜。
權(quán)利要求
1.一種水熱法制備Ni (011)2納米片陣列薄膜的方法，其特征在于采用以下步驟:(1)襯底為普通玻璃、石英玻璃或ITO導(dǎo)電玻璃，將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水混合液中，混合液中濃硫酸與雙氧水體積比為7:3，煮沸至無氣泡產(chǎn)生，完成襯底的羥基化；(2)將羥基化后的襯底置于純油酸中，在70°C的水浴鍋內(nèi)浸泡2 4h后，再用無水乙醇清洗去除表面附著的多余油酸，然后再置于濃度為10mg/ml的高錳酸鉀溶液中浸泡4 8h，完成襯底的羧基化；(3)在攪拌中將氨水緩慢滴加到摩爾濃度為0.0T0.2M的醋酸鎳乙醇溶液中，直至混合溶液的PH值為8 9，在2(T40°C繼續(xù)攪拌0.5 2h，配制成Ni (OH) 2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni (OH)2溶膠中浸潰5 lOmin，取出后在10(Tl20°C干燥l(T20min，反復(fù)浸潰提拉2 3次，在襯底上預(yù)置Ni (OH)2晶種；(5)將摩爾濃度均為I 25mM的鎳鹽溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni (OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni (OH)2晶種的襯底放入生長液中，一同置于烘箱中，在7(T80°C保溫2 4h后，再升溫至16(T18(TC保溫為6 10h，自然冷卻后取出襯底反復(fù)洗滌干燥，即可獲得Ni (OH)2納米片陣列薄膜，其中鎳鹽溶液為硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳中的任一種。
2.如權(quán)利要求1所述的水熱法制備Ni(011)2納米片陣列薄膜的方法，其特征在于:步驟(I)中，將襯底依次用洗滌液、丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗15 20min，使之表面清洗干凈。`
全文摘要
本發(fā)明提供一種水熱法制備Ni(OH)2納米片陣列薄膜的方法，其步驟是(1)將表面干凈的襯底置于濃硫酸與雙氧水的混合液中，煮沸至無氣泡產(chǎn)生；(2)將上述襯底置于純油酸中，在70℃的水浴鍋內(nèi)2~4h后取出，去除多余油酸，然后再置于高錳酸鉀溶液中浸泡4~8h，完成襯底的羧基化；(3)將氨水滴加到醋酸鎳乙醇溶液中至混合溶液PH值為8~9，攪拌制成Ni(OH)2溶膠；(4)將羧基化后的襯底在Ni(OH)2溶膠中浸漬提拉2~3次，在襯底上預(yù)置Ni(OH)2晶種；(5)將鎳鹽溶液和六次甲基四胺溶液按等摩爾比均勻混合制成Ni(OH)2生長液，然后倒入水熱反應(yīng)釜中，同時(shí)將預(yù)置有Ni(OH)2晶種的襯底放入生長液中，在70~80℃保溫2~4h后，再升溫至160~180℃保溫為6~10h，自然冷卻后取出襯底洗滌干燥，即可獲得Ni(OH)2納米片陣列薄膜。
文檔編號(hào)C03C17/23GK103101981SQ20131004076
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月2日
發(fā)明者焦萬麗, 張磊 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)