一种在多种表面活性剂存在下合成氧化镍纳米颗粒的简便温和方法

摘要

在表面活性剂的辅助下，采用简单高效的化学沉淀法制备了纳米镍。该方法首先用次氯酸盐溶液氧化硝酸镍制备了NiO2(过氧化物镍)。制备的NiO2在室温下仅用乙醇处理即可很容易地转化为纳米NiO。采用XRD、TEM和EDX等技术对制备的纳米NiO进行了表征。研究了SLES、CTAB和Triton X-100三种表面活性剂对NiO纳米颗粒形成的影响

关键字

氧化镍，纳米颗粒，表面活性剂，SLES, CTAB, Triton X-100。

介绍

近年来，纳米结构材料因其独特而迷人的性能和应用而受到越来越多的关注。1，2]。在各种纳米材料中，金属氧化物引起了越来越多的技术和工业兴趣。这种兴趣主要与它们的性质(光学、磁性、电学和催化性质)有关，这些性质与机械硬度、热稳定性或化学钝化性等一般特性有关[3.-5]。

过渡金属氧化物的制备方法多种多样，如超声波喷雾热解[6]，液控沉淀[7]、电沉积[8]、化学气相沉积[9]，溶胶-凝胶途径[10]，金属盐的还原，接着是金属物质的氧化[11]和脉冲激光烧蚀[12]。

NiO纳米颗粒的特性使人们能够制造和定制这些纳米颗粒，用于各种应用，包括催化，电致变色窗口，电池阴极和传感器[13-18]。到目前为止，已经开发了许多合成方法来制备NiO纳米颗粒[19-22]。化学方法，包括用NaOH, NH4HCO3, CO(NH2)2或NH3从水溶液中沉淀Ni2+离子是更有前途的途径，因为原料便宜，工艺简单[]23-26]。然而，在所有这些方法中，大多数都需要在250°C的最低温度下进行煅烧才能得到结晶的NiO。实际上，NiO纳米颗粒的沉淀制备由两个阶段组成:亚稳定镍前驱体沉淀的形成和随后通过热处理将该沉淀转化为纳米NiO [7，26]。因此，必须控制好pH、温度、溶液浓度等参数，因为它们在纳米NiO的制备中起着重要的作用。例如，如果要通过向Ni2+中加入氨来制备亚稳定镍前驱体，则会发生如式1所示的反应。

在这种情况下，必须仔细控制氨的浓度，因为根据式(2)，任何过量的氨都会溶解沉淀物。

因此，这些沉淀法有其自身的复杂性，开发一种简便的制备工艺，方便地生产NiO纳米颗粒是实际应用的必要条件。本研究通过一种简单、快速的方法制备了纳米晶NiO粉末。该方法是将Ni2+氧化为NiO2(过氧化物镍)，然后在表面活性剂存在的情况下用乙醇处理将其转化为NiO。表面活性剂的使用实际上在某种程度上类似于反胶束法，后者最近被证明是一种生产各种纳米颗粒的通用途径[27-30.]。研究了不同表面活性剂对制备的纳米NiO粒径的影响。本方法优于先前报道的制备NiO纳米颗粒的方法[31，32]。

实验

材料

所有化学品如Ni (NO3)2·6H2O(六水合硝酸镍)均为分析级，无需进一步纯化即可使用。整个研究过程中都使用去离子水。

NiO纳米颗粒的制备

采用以下工艺制备氧化镍纳米颗粒:在15 mL去离子水中制备含有0.02 mol Ni (NO3)2·6H2O和5 g表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、月桂醇硫酸钠(SLES)或Triton X-100的溶液，并将该混合物磁性搅拌15 min。然后将该溶液与含有0.04 mol NaOH的15 mL次氯酸钠溶液(漂白剂，6%溶液)的混合物持续搅拌。这一阶段形成了黑色的NiO2沉淀。将得到的NiO2过滤掉，用去离子水洗涤，然后放入含有20 mL乙醇的烧杯中。将该悬浮液搅拌2小时后，黑色固体变为橄榄绿，表明NiO的形成。反应完成后，将固体粉末过滤掉，用去离子水洗涤几次，然后在90°C的烤箱中干燥5 h，得到纳米NiO(95%产率)。

描述

采用x射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)对所制备的NiO纳米颗粒进行了表征。XRD谱图是在飞利浦分析x射线衍射仪上获得的，该衍射仪使用CuK α辐射(λ=1.54056 Å)，在PW1830光谱仪上安装了一个平面样品支架。能谱测量是在LEO 1455 VP能谱仪上进行的。TEM图像采用LEO 906 E透射电子显微镜拍摄。

结果与讨论

在我们的NiO纳米颗粒制备过程中，我们首次通过碱性次氯酸钠溶液氧化硝酸镍合成了NiO2。33]。在CTAB、SLES或Triton X-100作为真正的胶束形成剂的情况下，制备了NiO2。黑色的NiO2粉末很容易转化为橄榄绿的固体NiO，只需在室温下将其与乙醇搅拌即可。

合成的NiO纳米颗粒的XRD谱图如图所示无花果。1。所有衍射峰都能很好地反映NiO的面心立方(FCC)晶体结构，不仅在峰位上，而且在特征峰的相对强度上都与标准光谱(JCPDS, No. 04-0835)一致。XRD谱图表明，样品为单相，除FCC相NiO的特征峰外，未检测到其他杂质。结果表明，制备的NiO纳米颗粒物相具有较高的纯度。可以看出，不同表面活性剂制备的三种NiO样品的XRD谱图除了峰的强度和宽度不同外，其余都是相同的。衍射峰变宽表明样品处于纳米尺度。用Debey-Scherrer方程计算了x射线谱线展宽的平均晶粒尺寸(D) [34]。这个方程的形式如下，

D = K λ / β cost θ

D为晶粒的平均直径，K为所谓的形状因子，通常取0.9左右的值，λ为XRD中使用的x射线源波长，β为半最大值时的全宽度，θ为峰的衍射角。在表面活性剂CTAB、SLES和Triton X-100的作用下，根据Scherrer方程估计合成的NiO样品的平均粒径分别为20 nm、35 nm和40 nm。

制备的NiO纳米颗粒样品的TEM图像如图所示无花果。2。这可以从无花果。2NiO颗粒呈近球形，分散性好，团聚性弱。表面活性剂CTAB、SLES和Triton X-100的NiO平均粒径分别为12 nm、16 nm和24 nm。用Scherrer公式计算得到的NiO纳米颗粒的平均尺寸比透射电镜观察到的值稍大。然而，这两种方法的晶粒尺寸测量都清楚地表明，阳离子表面活性剂CTAB产生的NiO颗粒尺寸最小。另一方面，非离子表面活性剂Triton X-100得到的NiO纳米颗粒尺寸最大。本文给出了用XRD和TEM方法得到的纳米颗粒的平均尺寸表1。

据推测，溶液中的离子表面活性剂可以通过其正极或负极包围纳米粒子，以防止这些粒子聚集，从而减小纳米粒子的粒径。使用表面活性剂作为胶束形成剂，如PEG-400，也有报道用于合成其他金属氧化物[35，36]。本方法制备的纳米颗粒均匀、均匀、单分散，优于同类合成方法。此外，制备方法简单，不需要热处理。

通过EDS元素分析进一步表征了制备的NiO纳米颗粒。如图所示无花果。3.在CTAB表面活性剂条件下制备的NiO样品的EDS谱表明，样品中只存在Ni和O元素。在SLES或Triton X- 100表面活性剂存在下获得的其他纳米NiO样品显示出与中所示相同的EDS光谱无花果。3.。所得的EDS元素分析结果见表2。从资料中可以看出表2结果表明，Ni和O元素的实验含量与理论含量基本吻合。

我们已经证明了一种快速有效的方法可以很容易地制备纳米镍。该方法首先将Ni2+氧化为NiO2，然后在室温下，在表面活性剂存在的情况下，用乙醇处理NiO2转化为NiO。制备的NiO纳米颗粒收率高，纯度高。在我们的程序中，不需要控制溶液的pH值，而在大多数化学沉淀法中通常需要这样做。更重要的是，在本方法中已经消除了其他类似路线中使用的高温煅烧。因此，该方法可以作为一种廉价、快速、可重复的方法用于大规模合成NiO纳米晶体。建议使用阳离子表面活性剂CTAB制备更小的纳米NiO。

确认

作者感谢伊朗Ahvaz的Shahid Chamran大学研究委员会对这项研究的财政支持。

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