一種六水氯化鎳的乙醇溶液中電沉積制備納米鎳粉的方法
【專利摘要】一種六水氯化鎳的乙醇溶液中電沉積制備納米鎳粉的方法，屬于金屬納米粒子合成【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：第一步，電極預(yù)處理：以鈦金屬片和鉑金屬片為陰極和陽(yáng)極，經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑和去離子水清洗，備用；第二步，配置六水氯化鎳的乙醇溶液，其濃度不小于5.9g/L；第三步，將上述的六水氯化鎳的乙醇溶液置于反應(yīng)槽中，施加脈沖直流電壓，反應(yīng)后收集產(chǎn)物，用有機(jī)溶劑對(duì)其清洗，即得到鎳粉。本發(fā)明的反應(yīng)體系簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備要求低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景且對(duì)納米金屬粉末的制備和工業(yè)化生產(chǎn)都具有重要的意義。
【專利說(shuō)明】一種六水氯化鎳的乙醇溶液中電沉積制備納米鎳粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬納米粒子合成【技術(shù)領(lǐng)域】，提出了一種液相電沉積法制備納米鎳粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米微粒由于結(jié)構(gòu)和常規(guī)材料的不同，具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，呈現(xiàn)出許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，有著許多優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)等性質(zhì)及新規(guī)律，使得納米材料具備其它一般材料所沒(méi)有的優(yōu)越性能，在化工、電子、冶金生物、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]納米鎳粉具有優(yōu)良的磁性，電導(dǎo)率，高熔點(diǎn)和廉價(jià)等一系列優(yōu)良的性質(zhì)，使其在催化劑、燒結(jié)活化劑、導(dǎo)電料漿、電池、硬質(zhì)合金粘結(jié)劑等方面有著廣泛的應(yīng)用。
[0004]納米鎳粉的制備及其工藝的研究也由來(lái)已久。目前，納米鎳粉的制備方法很多，包括氣體蒸發(fā)-冷凝法、活性氫-熔金屬反應(yīng)法、電弧法、等離子體法、濺射法等氣相法和液相還原法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱法、輻照法等液相法及機(jī)械合金化等固相法。國(guó)際市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的主要是以日本采用的化學(xué)氣相沉積、加拿大采用的羥基鎳分解、以及美國(guó)量子球公司和中國(guó)寧波采用的蒸發(fā)-冷凝法，這些方法生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜、成本高，導(dǎo)致目前國(guó)際市場(chǎng)上的納米鎳粉價(jià)格非常昂貴。眾所周知，液相法具有耗能少、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，具有非常可觀的工業(yè)化生產(chǎn)前景，也是實(shí)驗(yàn)室廣泛的制備方法。液相法制備納米鎳粉的基本原理是將鎳鹽溶解于水溶劑中，在還原劑(硼氫化鈉/鉀、水合肼、次磷酸鈉等)的作用下鎳離子還原為鎳原子，經(jīng)過(guò)形核生長(zhǎng)得到直徑在數(shù)十納米的超細(xì)鎳粉。但是，目前液相法制備鎳粉還存在一些問(wèn)題，如所用還原劑存在要么價(jià)格昂貴；要么有毒易爆，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員、生產(chǎn)勞動(dòng)者的身體和環(huán)境造成損害；要么引入雜質(zhì)原子的缺點(diǎn)；而且反應(yīng)過(guò)程中生成的納米鎳粉由于表面能大，在水分子作用下容易發(fā)生表面氧化和團(tuán)聚現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種制備納米鎳粉的方法——電化學(xué)法，以解決目如液相法制備鎮(zhèn)粉的還原劑問(wèn)題和納米鎮(zhèn)粉表面氧化問(wèn)題。其基本原理是選擇六水合氯化鎳為鎳鹽，將其溶解在純乙醇中。純乙醇的氧化性低于去離子水，因此可以有效降低納米鎳粉的表面氧化。實(shí)驗(yàn)中選擇金屬鈦、鉬片為陰陽(yáng)極，固定陰陽(yáng)極間距，加直流脈沖電壓。當(dāng)電壓大于某值時(shí)，溶液陰極附近的鎳離子會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，生成鎳原子，形核長(zhǎng)大后得到鎳納米粉。鎳納米粒子尺寸由電壓、溶液中鎳鹽濃度和引入分散劑來(lái)控制。該方法具有操作簡(jiǎn)單，無(wú)污染，產(chǎn)量高，廉價(jià)，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。
[0006]實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的步驟如下:
[0007]第一步，電極預(yù)處理:以鈦金屬片和鉬金屬片為陰極和陽(yáng)極，經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑和去離子水清洗，備用；
[0008]第二步，配置六水氯化鎳的乙醇溶液，其濃度不小于5.9g/L ；[0009]第三步，將上述的六水氯化鎳的乙醇溶液置于反應(yīng)槽中，施加脈沖直流電壓，反應(yīng)后收集產(chǎn)物，用有機(jī)溶劑對(duì)其清洗，即得到鎳粉。
[0010]本發(fā)明的效果和益處是使用液相電沉積法，在不用其他還原劑和表面活性劑的條件下成功地于單一的六水氯化鎳的純乙醇溶液中制備出納米量級(jí)的鎳粉，其平均晶粒大小范圍20?60nm，矯頑力范圍171?3130e，飽和比磁化強(qiáng)度范圍35.78?42.54emu/g，剩余比磁化強(qiáng)度范圍10.66?14.68emu/g。同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)，I)避免了使用硼氫化鈉/鉀、水合肼、次磷酸鈉等常用的還原劑，在電能的輔助下從鎳鹽中還原出鎳粉；2)溶劑為純乙醇體系而非水性溶劑可以降低晶粒的粒徑，提高顆粒的分散性，即使沒(méi)有表面活性劑也能制備出粒徑較小的的粉末；3)六水氯化鎳為單一鎳源，簡(jiǎn)化了操作流程，產(chǎn)物的分離清洗更加簡(jiǎn)單，試劑還可實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。
[0011]本發(fā)明的反應(yīng)體系簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備要求低，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景且對(duì)納米金屬粉末的制備和工業(yè)化生產(chǎn)都具有重要的意義。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0013]實(shí)施例1
[0014]用國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出售的分析純NiCl2.6H20和無(wú)水乙醇為原料，鈦和鉬片為陰陽(yáng)電極，準(zhǔn)備一個(gè)直流脈沖電源，一個(gè)石英玻璃電解槽，施加電壓制備納米鎳粉。其具體實(shí)施步驟如下:
[0015]第一步:對(duì)電極進(jìn)行預(yù)處理，將電極用丙酮-無(wú)水乙醇-去離子水依次超聲清洗10分鐘，再用電吹風(fēng)吹干，待用；
[0016]第二步:配置六水氯化鎳的無(wú)水乙醇溶液，并倒入石英玻璃電解槽，質(zhì)量濃度分別為 6g/L ；
[0017]第三步:安裝電極，電極間距為3cm，連接電路，將電壓控制在40V，脈沖頻率4KHZ，通斷比0.4，常溫常壓下反應(yīng)；
[0018]第四步:7小時(shí)，關(guān)閉電源，取出電極。溶液經(jīng)過(guò)濾裝置過(guò)濾，再用乙醇反復(fù)清洗，然后將鎳粉的乙醇溶液超聲處理lOmin，最后在60°C條件下干燥得到鎳粉。
[0019]實(shí)施例2
[0020]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第二步中六水氯化鎳的濃度為7.5g/L。
[0021]實(shí)施例3
[0022]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第二步中六水氯化鎳的濃度為9g/L。
[0023]實(shí)施例4
[0024]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第二步中六水氯化鎳的濃度為10.5g/L。
[0025]實(shí)施例5
[0026]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第二步中六水氯化鎳的濃度為12g/L。
[0027]實(shí)施例6
[0028]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第三步中調(diào)整電極間距為2.5cm,電壓50V。
[0029]實(shí)施例7
[0030]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第三步中調(diào)整電極間距為3.5cm,電壓40V。[0031]實(shí)施例8
[0032]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第三步中調(diào)整脈沖電流脈沖頻率為3.5KHZ，通斷比為0.5。
[0033]實(shí)施例9
[0034]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第三步中調(diào)整脈沖電流脈沖頻率為.4.5KHZ，通斷比為0.3。
[0035]實(shí)施例10
[0036]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第四步中反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)。
[0037]實(shí)施例11
[0038]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第四步中反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)。
[0039]實(shí)施例12
[0040]其他步驟和參數(shù)與實(shí)施例1相同，第四步中反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種六水氯化鎳的乙醇溶液中電沉積制備納米鎳粉的方法，其特征在于步驟如下: 第一步，電極預(yù)處理:以鈦金屬片和鉬金屬片作為反應(yīng)槽的陰極和陽(yáng)極，經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑和去離子水清洗； 第二步，配置六水氯化鎳的乙醇溶液，其濃度不小于5.9g/L ； 第三步，將上述的六水氯化鎳的乙醇溶液置于反應(yīng)槽中，施加脈沖直流電壓，反應(yīng)后收集產(chǎn)物，用有機(jī)溶劑對(duì)其清洗，即得到鎳粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的陰陽(yáng)極之間的距離為2.5?3.5cm，脈沖直流電壓范圍40?50V，脈沖頻率3.5?4.5KHZ，通斷比0.3?0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的六水氯化鎳的乙醇溶液的濃度為 6.0g/L ?12g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑為丙酮或乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑為丙酮或乙醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，將得到的鎳粉在乙醇溶液中超聲分散。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將得到的鎳粉在乙醇溶液中超聲分散。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將得到的鎳粉在乙醇溶液中超聲分散。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、7或8所述的方法，其特征在于，反應(yīng)時(shí)間為2?7小時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，反應(yīng)時(shí)間為2?7小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C25C5/02GK103722167SQ201310672382
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】張貴鋒, 車參燕, 侯曉多, 高曉霞, 鄧德偉 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)