鎳基納米材料的控制合成及性能研究摘要鎳基納米材料作為納米材料中的一類重要復(fù)合材料，因?yàn)槠湓诖庞涗?、催化劑、光伏電池、抗癌藥物磁性載體等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為研究的熱點(diǎn)。本研究首先確定了合成鎳納米材料的有效方法和一些影響其合成的因素，然后通過以氫氧化鎳為連續(xù)相復(fù)合其他物質(zhì)來合成鎳基納米材料，并通過SEM、XRD、紅外等方法對產(chǎn)物進(jìn)行表征，同時(shí)測試其電化學(xué)性能。通過相關(guān)的XRD和紅外的表征可知實(shí)驗(yàn)所得的復(fù)合材料產(chǎn)物即為目標(biāo)產(chǎn)物。而且還檢測了該復(fù)合材料的電化學(xué)性能，結(jié)果表明所得的復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)性能，有可能通過進(jìn)一步研究得以應(yīng)用于實(shí)際。通過實(shí)驗(yàn)探究得知在合成納米鎳的反應(yīng)體系中加入NH4CL會(huì)得到內(nèi)部呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的球狀納米NIOH2，未添加時(shí)所得產(chǎn)物呈無規(guī)則的花瓣?duì)?。以NIOH2與吡咯聚合所得的復(fù)合產(chǎn)物進(jìn)行電化學(xué)性能測試，得出此復(fù)合材料的電化學(xué)性能較氫氧化鎳有明顯的提升。再通過改變或優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)該可以繼續(xù)提升復(fù)合材料的性能，使其具有更高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞氫氧化鎳；吡咯；復(fù)合材料；電化學(xué)性能；應(yīng)用CONTROLSTUDYONSYNTHESISANDPROPERTIESOFNICKELBASEDNANOMATERIALSABSTRACTNICKELBASENANOMATERIALSASONEOFTHEMOSTIMPORTANTCOMPOSITEMATERIALSINNANOMETERMATERIALS,DUETOITSSTABLECHEMICALPROPERTIESHASEXTENSIVEAPPLICATIONINMANYWAYSBECAUSEOFITSINMAGNETICRECORDING,CATALYST,PHOTOVOLTAICCELLS,ANTICANCERDRUGSAREWIDELYUSEDINTHEFIELDOFMAGNETICCARRIER,ETCANDBECOMETHERESEARCHHOTSPOT，THISSTUDYFIRSTDETERMINENANOMATERIALSYNTHESISNICKELEFFECTIVEMETHODANDSOMEFACTORSAFFECTINGTHESYNTHESIS,ANDTHENSTUDIEDWITHNANOMETERNICKELASCONTINUOUSPHASECOMPOSITEMATERIALFORSYNTHESISOFOTHERNICKELBASETHEELECTROCHEMICALPROPERTIESOFNANOMATERIALSBYSEM,XRD,IRANDOTHERMETHODSOFPRODUCTHAVEBEENCHARACTERIZED,ATTHESAMETIMETOTESTITSELECTROCHEMICALPERFORMANCETHROUGHRELATEDCHARACTERIZATIONOFXRD,IRISTHEEXPERIMENTOFTHECOMPOSITEMATERIALSOFPRODUCTISTHETARGETPRODUCTBUTALSODETECTTHEELECTROCHEMICALPROPERTIESOFTHECOMPOSITES,THERESULTSSHOWTHATTHECOMPOSITEMATERIALHASGOODELECTROCHEMICALPROPERTIES,MAYBYFURTHERRESEARCHTOAPPLICATIONOBTAINEDBYTHEEXPERIMENTALSTUDYOFTHESYNTHESISOFNANOMETERNICKELTOJOININTHEREACTIONSYSTEMOFNH4CLWILLGETINTERNALRETICULARSTRUCTUREOFGLOBULARNANOMETERNIOH2,DIDNOTADDTHERULELESSPETALSHAPEDPRODUCTINNIOH2,RESPECTIVELY,ANDTHEPOLYMERIZATIONOFPYRROLEANDANILINECOMPOUNDPRODUCTSUSEDTOTESTTHEIRELECTROCHEMICALPROPERTIES,ELECTROCHEMICALPROPERTIESOFTHECOMPOSITESHASBEENINCREASEDOBVIOUSLYBYCHANGINGOROPTIMIZETHEEXPERIMENTALCONDITIONSSHOULDBEABLETOCONTINUETOIMPROVETHEPERFORMANCEOFTHECOMPOSITEMATERIAL,MAKEITHASHIGHERPRACTICALVALUEKEYWORDSNICKELHYDROXIDEPYRROLECOMPOSITEMATERIALSAPPLICATIONTHEELECTROCHEMICALPROPERTIES目錄引言1第1章緒論211納米材料的性質(zhì)及應(yīng)用212納米氫氧化鎳的簡介213納米氫氧化鎳研究現(xiàn)狀以一些合成方法214本論文的研究意義3第2章實(shí)驗(yàn)部分421試劑422設(shè)備和儀器423實(shí)驗(yàn)步驟和方法5231水熱法合成NIOH25232合成吡咯和氫氧化鎳的復(fù)合物524產(chǎn)物表征5第3章結(jié)果與討論631納米氫氧化鎳合成方法的確定6311影響合成納米氫氧化鎳的主要因素6312反應(yīng)條件及形貌分析632氫氧化鎳/吡咯復(fù)合材料的合成方法的確定14321影響合成復(fù)合材料的主要因素14322反應(yīng)條件及形貌分析14323成分分析15324對NIOH2/吡咯復(fù)合材料紅外光譜分析1733NIOH2和NIOH2/吡咯復(fù)合物的電學(xué)性能研究17331超級電容器的制作17332納米NIOH2的電學(xué)性能研究18332納米NIOH2/吡咯的電學(xué)性能研究19333聚合前后的討論20結(jié)論與展望21結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23插圖清單圖31反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片6圖32反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片6圖33反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片7圖34反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片7圖35反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片7圖36反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片8圖37反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片8圖38反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片8圖39反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片9圖310反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM的照片9圖311反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片10圖312反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2/吡咯的SEM照片11圖313反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2/吡咯的SEM照片11圖314最佳反應(yīng)條件合成的樣品和其煅燒后的XRD譜圖12圖315NIOH2/吡咯復(fù)合物和NIOH2的紅外光譜對比圖13圖316NIOH2作為電容器的充放電測試圖14圖317NIOH2作為電容器的循環(huán)伏安測試圖14圖318NIOH2/吡咯電容器的充放電測試圖15圖318NIOH2/吡咯電容器的循環(huán)伏安電測試圖15表格清單表21試劑4表22設(shè)備和儀器一覽表4引言鎳納米材料因在磁記錄、催化劑、光伏電池、抗癌藥物磁性載體等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為研究的熱點(diǎn)。眾多研究者已發(fā)展出高度可控、溫和及簡便的合成方法，構(gòu)筑具有優(yōu)異性能的零維、一維、二維和多級結(jié)構(gòu)鎳納米材料。近幾年，人們將鎳與金屬、半導(dǎo)體等納米材料進(jìn)行復(fù)合，使材料的物理、化學(xué)性能得到改善。如鎳與貴金屬復(fù)合可以有效提高金屬本身的催化性能，NINIO核殼納米顆粒因選擇性成鍵作用可用于組氨酸標(biāo)記蛋白質(zhì)磁性分離，鎳顆粒摻雜的碳納米纖維可以改善鋰電池陽極結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)庫侖效率和電子傳導(dǎo)率等。因此，選擇合適的材料與鎳進(jìn)行復(fù)合可使鎳的磁性、催化等性能得到提高。不同的制備方法和不同的實(shí)驗(yàn)條件制備出的納米氫氧化鎳顆粒在形貌與性質(zhì)方面都有差異，探索新的簡單制備納米氫氧化鎳的方法仍具有很大現(xiàn)實(shí)意義。導(dǎo)電聚合物是一種人工合成的一類導(dǎo)電性介于半導(dǎo)體和金屬之間，甚至可與金屬媲美的聚合物。它們以所具有的獨(dú)特性而成為一種重要的新型材料，與其相應(yīng)的制備、性質(zhì)和應(yīng)用的研究也受到了廣泛的關(guān)注。其中由聚吡咯同樣具有較好的電化學(xué)性能，將吡咯與氫氧化鎳聚合所獲得的物質(zhì)其電化學(xué)性能由較明顯的電化學(xué)性能提升。納米復(fù)合材料是當(dāng)前復(fù)合材料的新生長點(diǎn)之一。納米粒子的表面界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)以及與聚合物密度小、耐腐蝕、易加工等優(yōu)良特性的結(jié)合便呈現(xiàn)出不同于常規(guī)聚合物復(fù)合材料的性能。納米粒子的介入不僅改善了聚合物的強(qiáng)度、剛性、韌性,而且還有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐熱性、導(dǎo)電性、殺菌防霉性、吸波性、防紫外性等。由于加工簡便、效果明顯、產(chǎn)業(yè)界對聚合物納米復(fù)合材料的市場前景持樂觀態(tài)度。所以鎳及鎳基復(fù)合納米材料將有著很大的應(yīng)用空間。第1章緒論11納米材料的性質(zhì)及應(yīng)用納米材料由于具有一些其他無機(jī)材料所沒有的特殊性質(zhì)而被廣泛而深入的研究，廣義地說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度110M或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，具有表面與界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)1。因此，在各個(gè)方面都已得到大范圍的應(yīng)用，如電子元件、光電子學(xué)、光學(xué)、催化科學(xué)、生物技術(shù)人體藥物等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，另外，納米科技在能源領(lǐng)域的研究和應(yīng)用也得到了很大的關(guān)注，2005年美國能源部兩度出版的研究報(bào)告，指出納米技術(shù)在太陽能和其它能源方面的應(yīng)用潛力2。2007年國際著名期刊科學(xué)發(fā)表展望文章，指出納米科技將在低價(jià)、高效光伏電池開發(fā)和應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。納米技術(shù)在光伏電池研發(fā)方面蘊(yùn)藏著極大地潛力也成為納米科技領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，體現(xiàn)在提高電池效率，減少半導(dǎo)體材料的用量，降低電池制作成本等方面3。除此之外，新型納米材料的出現(xiàn)也極大地引起了人們的興趣，例如，納米粉末、納米纖維、納米膜和納米塊體，其中，納米粉末開發(fā)時(shí)間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其它三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。因此，加強(qiáng)對納米材料的研究與應(yīng)用具有很大的意義。12納米氫氧化鎳的簡介根據(jù)美國USABC和日本各電池公司對種類繁多的電動(dòng)車用動(dòng)力電池的性能以及發(fā)展?jié)摿Φ谋容^論證，綜合考慮電池的安全性能、可靠性、電池材料資源和環(huán)境問題以及電池性能的發(fā)展趨勢，確定鎳氫電池是近、中期電動(dòng)車適用的首選動(dòng)力電池。NIOH2正是MHNI電池的正極材料活性物質(zhì)，它的優(yōu)劣直接影響著電池的性能好壞。90年代以來，隨著納米材料科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，納米材料的研究逐漸擴(kuò)展到化學(xué)電源領(lǐng)域。納米NIOH2與普通NIOH2相比具有更優(yōu)異的電催化活性、高的放電平臺(tái)、高的電化學(xué)容量以及高的密度。究其化學(xué)原理，NIOH2的生成很簡單，但要將其制備成具有高電化學(xué)活性、高堆積密度的NIOH2材料卻非易事。近年來，國內(nèi)外已有多家研究機(jī)構(gòu)通過不同方法制備納米NIOH2，研究結(jié)果表明，與普通微米NIOH2相比，納米NIOH2具有更小的晶粒電阻、更高的質(zhì)子遷移速率以及更快的活化速度4。13納米氫氧化鎳研究現(xiàn)狀以一些合成方法鎳納米材料因在磁記錄、催化劑、光伏電池、抗癌藥物磁性載體等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為研究的熱點(diǎn)。眾多研究者已發(fā)展出高度可控、溫和及簡便的合成方法，構(gòu)筑具有優(yōu)異性能的零維、一維、二維和多級結(jié)構(gòu)鎳納米材料。近幾年，人們將鎳與金屬、半導(dǎo)體等納米材料進(jìn)行復(fù)合，使材料的物理、化學(xué)性能得到改善。如鎳與貴金屬復(fù)合可以有效提高金屬本身的催化性能NINIO核殼納米顆粒因選擇性成鍵作用可用于組氨酸標(biāo)記蛋白質(zhì)磁性分離鎳顆粒摻雜的碳納米纖維可以改善鋰電池陽極結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)庫侖效率和電子傳導(dǎo)率等。因此，選擇合適的材料與鎳進(jìn)行復(fù)合可使鎳的磁性、催化等性能得到提高5。1）固相法1998年SHINGU等首次報(bào)道了利用高能球磨法制備晶粒小于10NM的鋁鐵合金。該過程是一個(gè)顆粒循環(huán)剪切變形的過程，在球磨過程中，晶格缺陷不斷在大顆粒內(nèi)部產(chǎn)生，導(dǎo)致顆粒中大角度晶界的重新組合，從而使晶粒尺度下降到100NM以下。該法可用于制備常規(guī)方法難以獲得的高熔點(diǎn)納米金屬或合金材料。2）液相法沉淀法包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液,當(dāng)加入沉淀劑后,或于一定溫度下使溶液發(fā)生水解,形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出,并將溶劑和溶液中原有的陰離洗去,經(jīng)熱分解或脫水即得到所需的氧化物粉料。噴霧法這種方法是將溶液通過各種物理手段進(jìn)行霧化獲得超微粒子的一種化學(xué)與物量相結(jié)合的方法。它的基本過程是溶液的制備、噴霧、干燥、收集和熱處理。其特點(diǎn)是顆粒分布比較均勻,但顆粒尺寸為亞微米級。具體的尺寸范圍取決于制備工藝和噴霧的方法6。水熱法水熱反應(yīng)是高溫高壓下在水或水蒸汽等流體中進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。用水熱反應(yīng)制備超細(xì)微粉的水熱法目前已經(jīng)引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。用水熱法制備的超細(xì)微粉,最小粒徑已經(jīng)達(dá)到數(shù)納米的水平，歸納起來可以分為幾種類型水熱氧化、水熱沉淀、水熱合成、水熱還原、水熱分解、水熱結(jié)晶。溶劑凍結(jié)干燥法本法是將金屬鹽的溶液霧化成微小液滴,并快速凍結(jié)成固體，然后加熱使這種凍結(jié)的液滴中的水升華氣化，從而形成溶質(zhì)的無水鹽,經(jīng)焙燒合成超微粒粉體。凍結(jié)干燥法分為液滴的凍結(jié)、凍結(jié)液滴的干燥、焙燒三個(gè)過程。溶膠凝膠法溶膠一凝膠法是60年代發(fā)展起來的一種制備玻璃、陶瓷等無機(jī)材料的新工藝，近年來己經(jīng)用于制備納米微粒。其基本原理是將金屬醇鹽或無機(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)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分，最后得到無機(jī)納米材料。3）氣相法氣相法是直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。氣相法的特點(diǎn)是粉體顆粒尺寸小、團(tuán)聚少、組分易控,因而能達(dá)到高溫且較適合氧化物納米粉末的合成。低壓氣體蒸發(fā)法此種制備方法是在低壓的氫、氮等惰性氣體中加熱金屬,使其蒸發(fā)后形成超微?；蚣{米微粒。加熱源有以下幾種電阻加熱法、等離子噴射法、高頻感應(yīng)法、電子束法、激光法等。這些不同的加熱方法使得制備出的超微粒的量、品種、粒徑大小及分布等存大一些差別。14本論文的研究意義隨著合成的納米NIOH2的晶粒尺寸減小，其質(zhì)子的傳遞系數(shù)會(huì)增大，且放電的電位和容量也都會(huì)適當(dāng)?shù)奶岣?。在納米NIOH2技術(shù)中存在一定的缺點(diǎn)在制備氧氧化鎳納米材料的過程中存在的問題有1產(chǎn)物洗滌困難且干燥時(shí)易團(tuán)聚，2氧氧化鎳的堆積密度低；作為電極活性材料的納米氫氧化鎳的性能方面的問題有3氫氧化鎳納米粒子和導(dǎo)電劑的粒子的尺寸比例不匹配，4晶粒之間的電阻較大。合成的片狀氧氧化鎳納米材料，因?yàn)橘|(zhì)子的擴(kuò)散通道在該層的層間，因此會(huì)導(dǎo)致材料的電化學(xué)活性不會(huì)很好，在納米氫氧化鎳的制備工藝中，還有許多問題有待研究，如制備的球形的氫氧化鎳的最佳尺寸；當(dāng)晶粒的尺寸想降到何種程度，循環(huán)性能下降；在納米氫氧化鎳材料中摻雜何種物質(zhì)，能更好的提高其性能等。如將吡咯與氫氧化鎳復(fù)合來提高總體的電學(xué)性能。進(jìn)一步解決納米氧氧化鎳中存在的各種問題，以充分發(fā)揮納米氫氧化鎳材料的性能優(yōu)勢，對將來的科學(xué)研究和科技發(fā)展都有著很重要的作用7。第2章實(shí)驗(yàn)部分21試劑實(shí)驗(yàn)中所用到的主要試劑和藥品如表21所示表21試劑原料分子式規(guī)格生產(chǎn)廠家乙酸鎳尿素氯化銨乙醇吡咯PTFE丙酮過硫酸銨對苯甲磺酸異丙醇C4H6O4NI4H2OCH4N2ONH4CLC2H5OHC4H5NC2F4NCH3COCH3NH42S2O8C7H10O4SC3H8O分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純分析純國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司南京化學(xué)試劑一廠上海博河精細(xì)化學(xué)品有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司22設(shè)備和儀器實(shí)驗(yàn)中所用到的主要設(shè)備和儀器如表22所示表22設(shè)備和儀器一覽表儀器設(shè)備名稱型號與規(guī)格生產(chǎn)廠家電子天平數(shù)顯集熱磁力攪拌器真空干燥箱循環(huán)水式多用真空泵高速離心機(jī)超聲波清洗器不銹鋼蒸餾水器X射線（粉末）衍射線掃描電子顯微鏡電熱鼓風(fēng)干燥箱電化學(xué)工作站馬弗爐其他必要的玻璃儀器FA200DFDZF6020SHB3TG1JK200HSZ120DOUSS4800DGG9145ACHI660EFR1236上海佑科儀器儀表有限公司金壇市杰瑞爾電器有限公司上海博迅實(shí)業(yè)有限公司杭州大衛(wèi)科教儀器有限公司長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司合肥金尼克機(jī)械制造有限公司常州未來儀器有限公司德國布魯克公司日本日立公司上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司鄭州世瑞思儀器科技有限公司北京凱宏偉業(yè)科技有限公司23實(shí)驗(yàn)步驟和方法231水熱法合成NIOH2分別取一定量的乙酸鎳、氯化銨和尿素置于燒杯中在加入一定量的蒸餾水，在磁力攪拌器上攪拌一段時(shí)間，使其充分溶解。待溶解完全后將溶液緩慢倒入反應(yīng)釜中，并在一定的溫度下反應(yīng)一段時(shí)間。影響納米氫氧化鎳的主要因素有反應(yīng)物的摩爾比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，等。本實(shí)驗(yàn)主要研究了反應(yīng)物的摩爾比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間等對納米氫氧化鎳粒徑和形狀的影響，找到適宜的反應(yīng)條件15。并對制備的樣品進(jìn)行相應(yīng)的表征，并進(jìn)行電學(xué)性能研究。232合成吡咯和氫氧化鎳的復(fù)合物先取一定量的NIOH2和PTSA（對甲苯磺酸）置于燒杯中，然后加入一定量的無水乙醇和吡咯，將此混合溶液置于黑暗中溶解10MIN，得A溶液。在將一定量的APS（過硫酸銨）置于另一燒杯中并加入一定量的蒸餾水，得B溶液。將B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗環(huán)境下滴進(jìn)裝有A溶液的燒杯中，混合攪拌12小時(shí)。影響該復(fù)合材料的主要因素有反應(yīng)物的摩爾比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間等。本實(shí)驗(yàn)主要研究了反應(yīng)物的摩爾比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間等對吡咯和NIOH2復(fù)合物的粒徑和形狀的影響，找到適宜的反應(yīng)條件。并對制備的樣品進(jìn)行電學(xué)性能研究。24產(chǎn)物表征將干燥后的產(chǎn)物（NIOH2和氫氧化鎳/吡咯復(fù)合材料）分別進(jìn)行IR、SEM及XRD表征。其中領(lǐng)用紅外光譜分析可以確定產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)組成和化學(xué)基團(tuán)；確定產(chǎn)物相結(jié)構(gòu)是在德國布魯克D8系列X射線（粉末）衍射儀上測試；產(chǎn)物微觀形貌是在S4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡加速電壓5V上測試。第三章結(jié)果與討論31納米氫氧化鎳合成方法的確定311影響合成納米氫氧化鎳的主要因素納米粒子的粒度控制非常重要，影響粒度的因素很多，不同的反應(yīng)物及不同的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等對納米粒子劑納米晶的形成影響都較大，化學(xué)方法主要通過控制制備時(shí)的反應(yīng)物及反應(yīng)條件來達(dá)到控制納米材料的形貌、結(jié)構(gòu)及粒度的目的8。312反應(yīng)條件及形貌分析3121反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)物合成的影響情況合成出的樣品的形貌是通過掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表征的。圖31、32、33是0497G乙酸鎳與0215G氯化銨以及0120G尿素在20ML蒸餾水中混合均勻后，在160下分別反應(yīng)2H、6H、12H的SEM照片。圖31反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖32反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖33反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片3122尿素對產(chǎn)物合成的影響情況合成出的樣品的形貌是通過掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表征的。圖34、35是0497G乙酸鎳與0215G氯化銨以在20ML蒸餾水中混合均勻后，在160下分別反應(yīng)時(shí)間分別為2H、6H的SEM照片。圖34反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖35反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片3123氯化銨對產(chǎn)物合成的影響情況合成出的樣品的形貌是通過掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表征的。圖36、37、38是0497G乙酸鎳與0120G尿素在20ML蒸餾水中混合均勻后，在160下分別反應(yīng)2H、6H、12H的SEM照片。圖36反應(yīng)時(shí)間為2H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖37反應(yīng)時(shí)間為6H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖38反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片由圖36、37、38分別和31、32、33相對比明顯可以得知氯化銨在該反應(yīng)體系中有著很重要的作用。未添加氯化銨的產(chǎn)物呈不規(guī)則的花瓣?duì)睢?124反應(yīng)溫度對產(chǎn)物合成的影響情況合成出的樣品的形貌是通過掃描電鏡（SEM）進(jìn)行表征的。圖39、310、311是0479G乙酸鎳與0215G氯化銨以及0120G尿素在20ML蒸餾水中混合均勻后，在80下分別反應(yīng)2H、6H、12H的SEM照片。圖39反應(yīng)時(shí)間為的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片圖310反應(yīng)時(shí)間為的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM的照片圖311反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2的SEM照片通過以上各組電鏡圖片可以看出，反應(yīng)時(shí)間和溫度對產(chǎn)物形貌沒有較大的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在160C時(shí)，可以得到穩(wěn)定的納米氫氧化鎳。但在反應(yīng)體系中加入氯化銨等反應(yīng)物后可能對產(chǎn)物的形貌有著較大的影響如圖。36、37、38和31、32、33所示，產(chǎn)物的形貌隨著反應(yīng)時(shí)間的延長以及氯化銨的加入而產(chǎn)生變化。由最初的球狀結(jié)構(gòu)中網(wǎng)狀較少而變成了網(wǎng)狀更分散的球狀，而且不添加NH4CL或添加量較少會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物呈無規(guī)則花瓣?duì)睢?2氫氧化鎳/吡咯復(fù)合材料的合成方法的確定321影響合成復(fù)合材料的主要因素影響復(fù)合材料的因素有很多，如不同的反應(yīng)物及不同的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等?；瘜W(xué)方法主要通過控制制備時(shí)的反應(yīng)物及反應(yīng)條件來達(dá)到控制復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及性能的目的9。根據(jù)查閱文獻(xiàn)可知該反應(yīng)在12H，05的黑暗環(huán)境下為最適溫度和最適時(shí)間，故以下討論反應(yīng)時(shí)吡咯的量對整個(gè)反應(yīng)體系和反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)果的影響。322反應(yīng)條件及形貌分析先取80MG的NIOH2和04565GPTSA（對甲苯磺酸）置于燒杯中，然后加入30ML的無水乙醇和0LML吡咯，將此混合溶液置于黑暗中溶解10MIN，得A溶液。在將0119GAPS（過硫酸銨）置于另一燒杯中并加入20ML蒸餾水，得B溶液。將B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗環(huán)境下滴進(jìn)裝有A溶液的燒杯中，混合12小時(shí)。其SEM照片圖312圖312反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2/吡咯的SEM照片在同樣的實(shí)驗(yàn)條件和物質(zhì)不變的情況下減少吡咯的用量，將吡咯的添加量改為005ML。其SEM照片如圖313。圖313反應(yīng)時(shí)間為12H的反應(yīng)產(chǎn)物NIOH2/吡咯的SEM照片對比圖312和圖313可以看出當(dāng)吡咯的用量為01ML，所得的聚合產(chǎn)物較均勻，NIOH2的球狀結(jié)構(gòu)被打散呈松針狀。吡咯用量過多會(huì)導(dǎo)致聚合不均勻，產(chǎn)物內(nèi)部無法很好的聚合上吡咯。323成分分析X射線粉末衍射儀（XRD）是一種重要的無損分析工具，用于衍射分析的X射線波長為520NM，物質(zhì)結(jié)構(gòu)中，原子和分子距離正好落在X射線的波長范圍內(nèi)，所以物質(zhì)（特別是晶體）對X射線的散射和衍射能夠傳遞極為豐富的微觀結(jié)構(gòu)信息11。當(dāng)X射線射到晶體時(shí)，基于晶體結(jié)構(gòu)的周期性，晶體中各個(gè)電子的散射波可以相互疊加，稱之為相干散射。這些相干散射波相互疊加的結(jié)果，產(chǎn)生了晶體的X射線粉末衍射現(xiàn)象。散射波固相一致相互加強(qiáng)的方向稱衍射方向。衍射方向取決于晶體的周期或晶胞的大小。晶胞中各個(gè)原子及其位置則決定于衍射強(qiáng)度10。圖314最佳反應(yīng)條件生成產(chǎn)物的NIOH2的XRD圖譜圖315最佳反應(yīng)條件合成的NIOH2煅燒后的XRD圖譜由該兩個(gè)XRD圖譜與氫氧化鎳標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS卡片140117相比較可知，圖314所表示的物質(zhì)即為氫氧化鎳，但由于在合成該物質(zhì)的過程或別的一些原因?qū)е缕渲杏性S多雜質(zhì)使其結(jié)晶度不高。圖315圖譜與JCPDS卡片300443相比看出衍射峰出現(xiàn)一定的寬化，說明煅燒過程中晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了畸變。324對NIOH2/吡咯復(fù)合材料紅外光譜分析在有機(jī)物分子中，組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子處于不斷振動(dòng)的狀態(tài)，其振動(dòng)頻率與紅外光的振動(dòng)頻率相當(dāng)。所以用紅外光照射有機(jī)物分子時(shí)，分子中的化學(xué)鍵或官能團(tuán)可發(fā)生震動(dòng)吸收，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)吸收頻率不同，在紅外光譜上將處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息12。一般羥基吸收峰出現(xiàn)在不碳?xì)湮账陬l率高的部位，即大于300M1，故大于300M1的吸收峰通常表示有羥基。圖315NIOH2/吡咯復(fù)合物和NIOH2的紅外光譜對比圖2030405060708090INTESITYAU2QO由上圖NIOH2圖譜波長為439CM1和537CM1位置的振動(dòng)峰NIOH和NIO波長為1360CM1處的為NIOH2層間夾雜的水分子，波長為3410CM1處的峰是羥基官能團(tuán)中的含氫鍵的伸縮振動(dòng)峰，而在波長3629處的峰是因?yàn)椴牧衔湛諝庵械腃O2導(dǎo)致的。所以在波長1383CM1處的峰為CO雙鍵振動(dòng)峰。圖中NIOH2/吡咯復(fù)合物在1360CM1、1630CM1、3629CM1處與NIOH2相同，在波長為1680CM1處的是CC的特征峰。33NIOH2和NIOH2/吡咯復(fù)合物的電學(xué)性能研究331超級電容器的制作取008G樣品和0005GPTFE（聚四氟乙烯起到潤滑劑的作用）研磨10MIN在加入0015G乙炔黑（減少自放電造成的損失）繼續(xù)研磨20MIN。然后加入適量的異丙酮作為溶劑繼續(xù)研磨30MIN使各物質(zhì)混合均勻。將研磨好的混合物均勻涂抹在已處理干凈的泡沫鎳上，然后將涂好的泡沫鎳放入60烘箱中烘干12H。干燥后進(jìn)行壓片處理作為電容器進(jìn)行相關(guān)測試13。332納米NIOH2的電學(xué)性能研究以0497G乙酸鎳與0215G氯化銨以及0120G尿素在20ML蒸餾水中混合均勻后，在160下進(jìn)行水熱反應(yīng)反應(yīng)6H，所制得的樣品制作成電容器進(jìn)行測試。3321恒電流充放電測試圖316NIOH2作為電容器的充放電測試上圖給出了最佳條件下值得的樣品在不同電流密度下的恒電流充放電曲線圖。由該圖可知，樣品在一定的電流密度范圍內(nèi)，電極電位與時(shí)間都呈曲線關(guān)系，充放電曲線具有一定的對稱分布，說明此條件下制備的氫氧化鎳材料具有一定的電容特性16，其電容大小為44645F/G。0120340560780910012501502503504505POTENIAL/VTIME/SC05A/G12/5G10/3322不同掃速下的循環(huán)伏安測試從圖中可以看出循環(huán)伏安曲線隨著掃速的增加而變化，但是峰值較少。陰極過程和陽極過程基本對稱當(dāng)電位掃描方向發(fā)生改變時(shí)，電流沒有瞬間反向，這表明在以上掃速下電極和電解液間的電荷交換以恒定的速率進(jìn)行17。由于在合成產(chǎn)品的過程不夠完善，導(dǎo)致其制作成的電容器的交流阻抗和其電容壽命測試并不理想。332納米NIOH2/吡咯的電學(xué)性能研究該測試所采用樣品為吡咯添加量為005ML所得產(chǎn)品。3321恒電流充放電測試06040200204062015010500501CURENT/APOTENIAL/V2MV/S510/2VS5/05010150202500123040POTENIAL/VTIME/SC05A/G12/0/G5A圖3圖18NIOH2/吡咯制作電容器的充放電測試圖圖318NIOH2/吡咯制作電容器沖放電測試圖3321不同掃速下的循環(huán)伏安測試圖圖318NIOH2/吡咯制作電容器的充放電測試圖318NIOH2/吡咯制作電容器的充放電測試圖圖318NIOH2/吡咯制作電容器的充放電測圖319NIOH2/吡咯制作電容器循環(huán)伏安測試圖由上兩圖圖給出了最佳條件下制得的樣品在不同電流密度下的恒電流充放電曲線圖。由該圖可知，樣品在一定的電流密度范圍內(nèi)，電極電位與時(shí)間都呈曲線關(guān)系，充放電曲線具有一定的對稱分布，說明此條件下制備的氫氧化鎳材料具有一定的電容特性18。從循環(huán)伏安測試圖中可以看出循環(huán)伏安曲線隨著掃速的增加而變化，但是峰值較少。陰極過程和陽極過程基本對稱當(dāng)電位掃描方向發(fā)生改變時(shí)，電流沒有瞬間反向，這表明在以上掃速下電極和電解液間的電荷交換以恒定的速率進(jìn)行19。由于在合成產(chǎn)品的過程不夠完善，導(dǎo)致其制作成的電容器的交流阻抗和其電容壽命測試并不理想。根據(jù)計(jì)算可以得出由NIOH2/吡咯制作的0010203040580640202406CURENT/APOTENIAL/V2MV/S510/S/電容器其電容大小為8615F/G。333聚合前后的討論由于在制作電容器和合成樣品時(shí)涂抹操作失誤和其他影響因素控制不到位，導(dǎo)致最終做出來的電容器效果不是很好，沒有達(dá)到預(yù)想中的效果。以NIOH2的電容器其電容大小為44645F/G，以NIOH2/吡咯制作的電容器其電容大小為8615F/G，明顯可以得出將NIOH2吡咯復(fù)合之后可以提升電容器的效果。結(jié)論與展望結(jié)論通過對本實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)條件的探究，可以得到不同形態(tài)不同性能的納米氫氧化鎳。本論文利用乙酸鎳、氯化銨以及尿素在水熱條件下合成氫氧化鎳，并通過改變反應(yīng)物的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度等來確定最佳的合成方法。通過SEM照片可知由0497G乙酸鎳、0215G氯化銨、0120G尿素和20ML蒸餾水在160的水熱條件下反應(yīng)6H的產(chǎn)物形貌最為均勻呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的球狀物。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)條件的探究，可以確定NIOH2/吡咯復(fù)合物復(fù)合的最佳摩爾比和其他一些反應(yīng)影響因素。實(shí)驗(yàn)中以008GNIOH2、30ML無水乙醇、04565GPTSA（對苯甲磺酸）以及01ML吡咯制成A溶液，在以0119GAPS（過硫酸銨）溶在20ML。蒸餾水中作為B溶液，將B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗環(huán)境中滴加入到A溶液里，并在該環(huán)境中持續(xù)攪拌12H，從而制得NIOH2/吡咯復(fù)合物。通過改變吡咯的添加量和攪拌持續(xù)時(shí)間以及攪拌時(shí)的環(huán)境溫度，根據(jù)SEM照片可得出最佳的反應(yīng)條件。得出的NIOH2/吡咯復(fù)合物其形貌為松針狀且上附有小型球狀顆粒20。通過使用XRD對得到的復(fù)合材料進(jìn)行表征，結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)制備的樣品是NIOH2和吡咯的復(fù)合。通過初步對NIOH2和NIOH2/吡咯復(fù)合材料的點(diǎn)學(xué)性能進(jìn)行研究，得知所得的氫氧化鎳和其與吡咯的復(fù)合材料都具有較好電學(xué)性能，而且NIOH2/吡咯復(fù)合材料的電學(xué)性能較氫氧化鎳由較大的提升。展望目前，按照鎳基納米復(fù)合材料復(fù)合方式的不同包括核殼型、負(fù)載型、多節(jié)段型，合成這些結(jié)構(gòu)所用的方法也各有偏重。其中，制備核殼型鎳基復(fù)合材料多利用模板法與犧牲模板法。模板法由于對多種組分具有普適性而被廣泛應(yīng)用。但該方法操作工藝復(fù)雜，且對模板的結(jié)構(gòu)、尺寸和表面狀態(tài)要求較高。犧牲模板法是合成鎳金屬、鎳鎳化合物核殼或空心結(jié)構(gòu)的簡便方法，但適用于有限的組分。在結(jié)構(gòu)方面，迄今所合成的多數(shù)核殼型的鎳復(fù)合材料是由兩種組分以顆?；蛘咭痪S結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，結(jié)構(gòu)、組分影響性質(zhì)，如何構(gòu)造更多組分的多殼層復(fù)合材料或者具有更精細(xì)結(jié)構(gòu)的多級核殼復(fù)合材料，是目前核殼型的鎳納米復(fù)合材料的重要研究方向。如何實(shí)現(xiàn)模板法、犧牲模板法合成過程中對精細(xì)納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控，是納米復(fù)合材料合成的一大挑戰(zhàn)21。鎳基復(fù)合材料由于具有磁性材料、復(fù)合材料和多結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，在催化、傳感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。雖然已取得了不少成功的合成實(shí)例，但由于合成體系的復(fù)雜性，較多敏感實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響，在已有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上開發(fā)更簡便、有效的合成方法是這類復(fù)合材料研究的重點(diǎn)。此外，對材料之間的偶合作用、協(xié)同作用所引起的性質(zhì)變化、影響機(jī)理、影響因素等缺乏深刻認(rèn)識(shí)，需要對這類復(fù)合材料進(jìn)行基礎(chǔ)性原理更深的