包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒，內(nèi)核為金屬鎳顆粒，外殼為無定形氫氧化鎂薄膜包覆層。該復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法為：在一定體積比的水和環(huán)己烷混合液中，加入聚乙烯吡咯烷酮，得到乳狀液；再加入可溶性二價(jià)鹽和氨水，混合均勻后加入鎂粉，攪拌、入高壓釜中，一定溫度下反應(yīng)20小時(shí)，得到含有灰黑色沉淀的渾濁液；將該渾濁液自然冷卻，離心分離、洗滌，收集灰黑色沉淀，真空干燥后即可得到包覆氫氧化鎂外殼的復(fù)合鎳納米顆粒。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備方法簡單易行且低毒少污染，反應(yīng)條件溫和，能耗較低，環(huán)境友好；整個(gè)制備流程操作簡單，技術(shù)較易掌握，只需在設(shè)定的物料配比、溫度和時(shí)間下反應(yīng)即可，可迅速投入批量生產(chǎn)。
【專利說明】包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無機(jī)復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒，本發(fā)明還涉及該復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種過渡金屬納米材料，鎳納米顆粒因其獨(dú)特的理化性能，在高密度磁存儲(chǔ)、傳感器、電池電極、儲(chǔ)氫、硬質(zhì)合金粘結(jié)劑、催化劑和催化劑載體等領(lǐng)域獲得了廣泛而持久的關(guān)注。但是同普通鎳材料相比，鎳納米顆粒的化學(xué)性質(zhì)更為活潑，極易在空氣中被氧化，使其應(yīng)用大受局限(魏智強(qiáng)等，中國有色金屬學(xué)報(bào)，2009，19，2038-2043)。因此，如何制備出難以氧化的鎳納米顆粒就成為該領(lǐng)域研究中一個(gè)亟待解決的課題。
[0003]在鎳納米顆粒 表面包覆惰性外殼，能夠有效防止其氧化。氫氧化鎂是一種合適的惰性外殼材料，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在無毒阻燃劑、酸中和劑、重金屬吸附和煙氣脫硫等方面有著重要的商業(yè)價(jià)值(魏炳舉等，海湖鹽與化工，2003，32，26-33)。
[0004]目前已獲得了多種鎳同金屬或非金屬的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，而鎳與氫氧化鎂的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)還未見報(bào)道。在現(xiàn)有技術(shù)中制備鎳復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的方法也有多種，如溶膠-凝膠法，電沉積法、化學(xué)超聲法、微乳液法和水熱/溶劑熱法等，這些方法雖各有特點(diǎn)，但由于自身的局限性所限，不能滿足鎳與氫氧化鎂復(fù)合納米顆粒的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用范圍更廣的包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒，同時(shí)本發(fā)明還提供了一種成本更為低廉的復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒，內(nèi)核為金屬鎳顆粒，粒徑約為2(T80nm,外殼為無定形氫氧化鎂薄膜包覆層,厚度約l(Tl5 nm。
[0007]所述復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法為:在體積比1:8的水和環(huán)己烷混合溶液中，加入4~2(^/1的聚乙烯吡咯烷酮(1(-30)，得到乳狀液；在乳狀液中加入0.02 - 0.1 mol/L的可溶性二價(jià)鹽和20 - 200 mL/L的氨水，攪拌混合均勻后，再加入0.02 - 0.1 mol/L的鎂粉，充分?jǐn)嚢韬笾糜诟邏焊校?8(T220°C條件下反應(yīng)20小時(shí)，通過二價(jià)鎳與單質(zhì)鎂的氧化還原反應(yīng)，得到含有灰黑色沉淀的渾濁液；將該渾濁液自然冷卻后，離心分離、洗滌，收集灰黑色沉淀，真空干燥后即可得到包覆氫氧化鎂外殼的復(fù)合鎳納米顆粒。
[0008]所述可溶性二價(jià)鹽包括氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)鎳納米顆粒易于氧化的問題，結(jié)合氫氧化鎂良好的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，采用了成本低廉的原料和設(shè)備制造出了核殼復(fù)合的鎳納米顆粒(Ni/Mg (OH) 2)，成品復(fù)合鎳納米顆粒為灰黑色粉末，用X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)分析其物相組成，用透射電鏡(TEM)觀察其形貌和尺寸。所得產(chǎn)物鎳核純度高(XRD未檢出其他雜相)，粒徑分布均勻，并能在2(T80nm范圍內(nèi)調(diào)控(通過改變氨水的加入量即可控制產(chǎn)物的尺寸)；氫氧化鎂外殼為非晶態(tài)，可用XPS檢出。Ni/Mg (OH)2核殼復(fù)合納米結(jié)構(gòu)在保持了鎳納米顆粒自身特性的基礎(chǔ)上，抗氧化性大為改善，在空氣中暴露30天無明顯氧化，并兼具無定型氫氧化鎂的特性，拓寬了其應(yīng)用范圍。制備方法簡單易行且低毒少污染，反應(yīng)條件溫和，能耗較低，環(huán)境友好；整個(gè)制備流程操作簡單，技術(shù)較易掌握，只需在設(shè)定的物料配比、溫度和時(shí)間下反應(yīng)即可，可迅速投入批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的復(fù)合鎳納米顆粒的XRD花樣圖。
[0011]圖2a、圖2b、圖2c為本發(fā)明實(shí)施例1制備的復(fù)合鎳納米顆粒的XPS圖譜。
[0012]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的復(fù)合鎳納米顆粒的TEM照片。
[0013]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的復(fù)合鎳納米顆粒的TEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0015]實(shí)施例1
將5 ml的水和40 ml的環(huán)己烷混合，加入0.45 g的聚乙烯吡咯烷酮，攪拌后得到環(huán)己烷/聚乙烯吡咯烷酮/水乳狀液，然后再向此乳狀液中依次加入2.5 mmol六水合氯化鎳、10 ml氨水和2.5 mmol鎂粉，充分?jǐn)嚢韬笾糜诰鬯姆蚁﹥?nèi)襯的高壓釜中，于200 °C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫后，將釜內(nèi)混濁液經(jīng)離心分離(4000轉(zhuǎn)/分)得到沉淀物，然后依次用去離子水和無水乙醇洗滌沉淀物3-5次后，收集所得沉淀物在烘箱中50°C真空干燥4小時(shí)，得到的灰黑色粉末(產(chǎn)物)即為Ni/Mg (OH)2核殼復(fù)合納米顆粒。
[0016]產(chǎn)物的XRD花樣如圖1所示，為立方相的金屬鎳(空間群故為，a = 3.523 A ；JCPDS卡片號(hào):04-0850);氫氧化鎂因?qū)俜蔷B(tài)，故不能被XRD標(biāo)定。
[0017]產(chǎn)物的XPS圖譜如圖2a、圖2b、圖2c所示，可觀測到氫氧化鎂的存在。圖2a為總圖，圖2b為鎂(Mg 2p)所對(duì)應(yīng)的峰，圖2c為氧(O Is)所對(duì)應(yīng)的峰；氧元素與鎂元素的摩爾比約為1.17:1，接近氫氧化鎂中氧元素與鎂元素的摩爾比(1:1);多余的氧可以歸結(jié)為產(chǎn)物表面吸附的二氧化碳等物質(zhì)。
[0018]產(chǎn)物的TEM照片如圖3所示，鎳內(nèi)核粒徑均一為50 nm左右，氫氧化鎂外殼厚度約15 nm。
[0019]實(shí)施例2
將5 ml的水和40 ml的環(huán)己烷混合，加入0.45 g聚乙烯吡咯烷酮，攪拌后形成環(huán)己烷/聚乙烯吡咯烷酮/水乳狀液，然后再向此乳狀液中依次加入2.5 mmol四水合醋酸鎳、2ml氨水和2.5 mmol鎂粉，充分?jǐn)嚢韬笾糜诰鬯姆蚁﹥?nèi)襯的高壓釜中，于200 °C反應(yīng)20小時(shí)，自然冷卻至室溫后，將釜內(nèi)混濁液經(jīng)離心分離(4000轉(zhuǎn)/分)得到沉淀物，然后依次用去離子水和無水乙醇洗滌沉淀物3-5次后，收集所得沉淀物在烘箱中50°C真空干燥4小時(shí)，得到的灰黑色粉末(產(chǎn)物)即為Ni/Mg (OH)2核殼復(fù)合納米顆粒。
[0020]產(chǎn)物的TEM照片如圖4所示，鎳內(nèi)核粒徑均一為20 nm左右，氫氧化鎂外殼厚度約10 nm。
【權(quán)利要求】
1.一種包覆有惰性外殼的復(fù)合鎳納米顆粒，其特征在于:該復(fù)合鎳納米顆粒的內(nèi)核為金屬鎳顆粒，粒徑約2(T80nm，外殼為無定形氫氧化鎂薄膜包覆層，厚度約l(Tl5 nm。
2.權(quán)利要求1所述的復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法，其特征在于:在體積比1:8的水和環(huán)己烷混合溶液中，加入r20g/L的聚乙烯吡咯烷酮，得到乳狀液；在乳狀液中加入0.02 -0.1 mol/L的可溶性二價(jià)鹽和20 - 200 mL/L的氨水，攪拌混合均勻后，再加入0.02 - 0.1mo I/L的鎂粉，充分?jǐn)嚢韬笾糜诟邏焊校?8(T220°C條件下反應(yīng)20小時(shí)，得到含有灰黑色沉淀的渾濁液；將該渾濁液自然冷卻后，離心分離、洗滌，收集灰黑色沉淀，真空干燥后即可得到包覆氫氧化鎂外殼的復(fù)合鎳納米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合鎳納米顆粒的制備方法，其特征在于:所述可溶性二價(jià)鹽包括氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳。
【文檔編號(hào)】B22F1/02GK103920873SQ201410157034
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】張猛, 張運(yùn)強(qiáng), 陳科委, 劉成, 閆國進(jìn), 王改民 申請(qǐng)人:河南工業(yè)大學(xué)