專利名稱：一種磁性鎳納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料制備方法，特別是一種磁性鎳納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
納米鎳粉由于表面活性高、無微孔滲透、比表面積大、有極大的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在許多高新技術(shù)，如高效催化劑、燃料電池、納米涂層材料、硬質(zhì)合金粘接劑以及生物醫(yī)學(xué)載體等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。近幾年來對納米鎳的制備及其結(jié)構(gòu)與性能等的研究，備受國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。目前利用化學(xué)法制備納米鎳主要采取三種方法。(I)羰基鎳熱分解法:利用熱解、激光和超聲等激活手段，使羰基鎳分解，并成核生長，制得納米金屬鎳微粒。但該方法分解溫度較高，鎳粉易燒結(jié)且羰基鎳是劇毒物質(zhì)，易對人體及周圍環(huán)境造成影響。(2)溶膠-凝膠法:將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分，最后得到無機(jī)材料。但使用金屬醇鹽做原料，成本高，有污染。(3)還原法:還原法是將物質(zhì)在還原性氣氛中還原成金屬粉體的一種方法。主要包括溶液還原法、溶劑熱還原法、燃燒還原法、水合肼還原法、多元醇還原法等方法。該法與前兩種方法相比具有過程簡單，適于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。目前，人們已采用不同還原劑，如水合餅[Chen, D.H.; ffu, S.H.Synthesis of nickel nanoparticles in water-1n-oilmicro-emulsions.Chem.Mater.12 (2000) 1354 - 1360]和乙二醇[Li, DS; Komarneni,
S.Microwave-assisted polyol process for synthesis of Ni nanoparticles.J.Am.Ceram.Soc.89 (2006) 1510-1517]制備出 了磁性鎳納米粒子。CN200910145026.4 公開了一種在水熱合成條件下制備鎳納米粒子的方法。但該方法采用了強(qiáng)無機(jī)還原劑、強(qiáng)堿及高壓條件，繁化了材料的制備操作，增加了制備成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在無需惰性氣體保護(hù)的條件下，利用有機(jī)還原劑還原鎳鹽前驅(qū)體制備磁性鎳納米材料的制備方法。本發(fā)明的磁性鎳納米材料在催化、生物技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲及環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種磁性納米鎳材料的制備方法，具體步驟如下:
一種磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:
步驟一，將鎳鹽前驅(qū)體溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，攪拌、溶解，再將聚乙烯吡咯烷酮加入到溶解后的溶液中，混合均勻后，回流并升溫反應(yīng)；
步驟二，待步驟一得到的溶液冷卻至室溫，真空干燥得到磁性鎳納米材料。本發(fā)明在無需惰性氣體保護(hù)條件下，采用N，N_ 二甲基甲酰胺(DMF)作為鎳鹽前驅(qū)體的還原劑，其原理為:在高溫條件下，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)在作為鎳鹽前驅(qū)體溶劑的同時將鎳離子還原為鎳單質(zhì)，其自身被氧化為羧酸。反應(yīng)過程可由以下化學(xué)方程式表示:HCONMe2 + Ni2+ + H2O — Ni + Me2NCOOH + 2H+
聚乙烯吡咯烷酮(PVP)可溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，且對產(chǎn)生的磁性鎳納米材料起到了穩(wěn)定及保護(hù)的作用。從而一定程度上防止了產(chǎn)物的氧化。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):(I)操作簡單，成本低，設(shè)備要求簡便；(2)以鎳鹽前驅(qū)物作原料，簡單易得，無污染，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)具有良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，可同時作為鎳鹽前驅(qū)體的還原劑和溶劑，簡化了制備步驟；(3)以溶劑沸點(diǎn)作為反應(yīng)溫度，保證了制備體系穩(wěn)定的還原條件，提高了磁性鎳納米粒子生長可控性，有利于控制其形貌和粒徑；(4)本發(fā)明所使用的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在磁性鎳納米粒子形成過程中起到了一定的保護(hù)作用，使其不易被氧化的同時也起到了分散納米粒子的作用。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為磁性鎳納米材料的掃描電子顯微鏡(SEM)示意圖 圖2為磁性鎳納米材料的X-射線粉末衍射示意圖
圖3為磁性鎳納米材料的室溫磁滯回線示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種磁性納米鎳材料的制備方法，具體步驟如下:
1.室溫下，將鎳鹽前驅(qū)體溶解在有機(jī)還原劑中，在機(jī)械攪拌至鎳鹽前驅(qū)體完全溶解后，將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入溶解后的溶液中，混合均勻后，在回流條件下升溫至153°C，反應(yīng)32-40小時，得到灰綠色溶液。其中，鎳鹽前驅(qū)體與有機(jī)還原劑的質(zhì)量比為3:97-3:95 ；聚乙烯吡咯烷酮(PVP)與鎳鹽前驅(qū)體的質(zhì)量比為0:3-2:3 ;所述鎳鹽前驅(qū)體為氯化鎳，硫酸鎳，醋酸鎳，其化學(xué)式分別為NiCl2，NiS04，Ni (CH3COO)2 ;所述有機(jī)還原劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。2.待冷卻至室溫，用乙醇和去離子水洗滌產(chǎn)物，在真空干燥箱中50_60°C干燥至恒重，所得產(chǎn)物為磁性鎳納米材料。實(shí)施例1
第一步:室溫下，選擇3g的NiCl2.6H20作為鎳鹽前驅(qū)體溶解在102.65mLN, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力攪拌得到呈藍(lán)綠色溶液，在回流條件下升溫至153°C，反應(yīng)32h。得到灰綠色溶液。第二步:待冷卻至室溫，用乙醇和去離子水洗滌產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中50°C干燥至恒重，所得產(chǎn)物為磁性鎳納米材料。實(shí)施例2
第一步:室溫下，選擇3g的NiCl2.6H20作為鎳鹽前驅(qū)體溶解在100.53mLN, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力攪拌得到呈藍(lán)綠色溶液，在機(jī)械攪拌的情況下將2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入上述溶液中，混合均勻后，在回流條件下升溫至153°C，反應(yīng)36h。得到灰綠色溶液。第二步:待冷卻至室溫，用乙醇和去離子水洗滌產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中60°C干燥至恒重，所得產(chǎn)物為磁性鎳納米材料。
實(shí)施例3
第一步:室溫下，選擇3g的NiCl2.6H20作為鎳鹽前驅(qū)體溶解在101.59mLN, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，磁力攪拌得到呈藍(lán)綠色溶液，在機(jī)械攪拌的情況下將Ig聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入上述溶液中，混合均勻后，在回流條件下升溫至153°C，反應(yīng)40h。得到灰綠色溶液。第二步:待冷卻至室溫，用乙醇和去離子水洗滌產(chǎn)物數(shù)次，在真空干燥箱中55°C干燥至恒重，所得產(chǎn)物為磁性鎳納米材料。用德國布魯克X射線衍射儀對本發(fā)明所得產(chǎn)物進(jìn)行物相鑒定，如圖1中所示，對照J(rèn)CPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片(04-0850)，所有的衍射峰與面心立方相的磁性納米粒子Ni完全吻合。圖2表示本發(fā)明所制備的磁性鎳納米材料的形貌，由圖所示，所得的磁性鎳納米材料粒徑分布均一，粒徑為IOOnm左右。圖3為本發(fā)明所得磁性鎳納米材料的磁滯回線圖，由圖可見:磁性鎳納米材料的矯頑力(H。)為125.740e,比飽和磁化強(qiáng)度為22.16emu/g。該材料在室溫下形成了完整的磁滯回線，因而具有良好的鐵磁性。
權(quán)利要求
1.一種磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟一，將鎳鹽前驅(qū)體溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，攪拌、溶解，再將聚乙烯吡咯烷酮加入到溶解后的溶液中，混合均勻，回流并升溫反應(yīng)； 步驟二，待步驟一得到的溶液冷卻至室溫，洗滌，真空干燥得到磁性鎳納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，步驟一中升溫至153°C，反應(yīng)時間為32-40小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽前驅(qū)體與N，N-二甲基甲酰胺的質(zhì)量比為3:97-3:95;聚乙烯吡咯烷酮PVP與鎳鹽前驅(qū)體的質(zhì)量比為0:3-2:3 ;所述鎳鹽前驅(qū)體為氯化鎳、硫酸鎳或醋酸鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，步驟二中用乙醇和去離子水洗滌步驟一得到的溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性納米鎳材料的制備方法，其特征在于，步驟二中真空干燥的溫度為50-60°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型的磁性鎳納米材料制備方法。它是采用化學(xué)還原法在無需惰性氣氛保護(hù)的條件下，利用有機(jī)還原劑還原鎳鹽前驅(qū)體制備磁性鎳納米材料。所得的磁性鎳納米粒子粒徑分布均一。本發(fā)明與高溫有機(jī)金屬分解制備和溶膠-凝膠過程相比，具有操作簡便，成本低，設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)。采用該方法制得的磁性鎳納米材料在催化、生物技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲及環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B22F9/24GK103170649SQ20131013105
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者李健生, 王連軍, 李鑫, 王晶, 孫秀云, 沈錦優(yōu), 韓衛(wèi)清, 劉曉東 申請人:南京理工大學(xué)