CN102133644B - 一种镍纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镍纳米颗粒的制备方法，以低分子醇为溶剂分别配制浓度为0.1～0.6g/L的硝酸镍澄清溶液、浓度为1～9g/L乙醇胺澄清溶液和浓度为1～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再将三种溶液组成反应液在60～80°C下反应至稳定的淡黄色，经冷却、蒸发和干燥得到镍纳米颗粒；该方法生产工艺简便、设备简单，生产成本较低，对环境污染少，同时得到的镍纳米颗粒平均粒径不大于10nm，铜纳米颗粒较均匀，为单分散颗粒，无粘结，因此材料性能更好。

Description

一种镍纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米颗粒的制备方法，具体涉及一种镍纳米颗粒的制备方法。
背景技术
目前普通镍粉仅在催化剂行业用镍量就达5000吨，而我国现有镍粉生产企业仅7～8家(包括羰基镍粉、电解镍粉和还原镍粉)，生产能力约1000吨，生产能力远远不能满足国内市场的需求，需要大量进口。国内外市场广泛使用的镍氢电池主要以颗粒尺寸在微米级的羰基镍为原材料，倘若把微米级的镍粉换为纳米级的镍粉，参与镍氢反应的比表面积会增加10亿倍左右，也使得镍氢电池的功率相应增加若干数量级，那么在电池容量不变的情况下，可使镍氢电池的尺寸和重量大大减小，这种具有容量大、体积小、重量轻的镍氢电池，将会有更多的用途和市场。镍纳米颗粒为一种纳米功能金属材料，具有一系列独特的物理化学性质，在催化剂、电池材料及硬质合金粘结剂、新型光传感器材料等众多领域都有广泛的应用前景。纳米镍粉由於其特殊的小尺寸效应在催化剂上比普通镍粉催化效率要高很多，如以纳米镍制成的复合催化剂可使有机物加氢或脱氢反应的效率比传统镍催化剂提高十倍；在金刚石工具中加入适量的纳米镍粉可以大大提高工具的烧结温度和烧结密度，提高工具的质量；最新研究结果表明纳米镍粉在燃料电池上可以代替贵金属铂，大大降低燃料电池的成本，为燃料电池走向民用汽车市场创造了条件。目前市场上小批量的纳米镍粉主要由日本的化学气相沉积法，加拿大的羰基镍分解法，以及美国量子球公司(QuantumSphere)和中国宁波采用的蒸发-冷凝法生产，这些方法生产设备复杂、成本高，产品或难控制，或有毒性副产品破坏环境等缺陷。考虑到生产简单、成本较低的大批量生产工求，研究出了液相还原法，如公开号为CN101642818A，名称为一种制备镍纳米颗粒的方法的发明专利申请，就公开了以镍前体、有机胺和还原剂组成的混合物，在有机溶剂溶解下加热至50～450℃反应，得到镍纳米颗粒，其有机胺包括油胺、十六烷胺、辛胺和十六烷胺等的至少一种，还原剂为NaBH4、(CH3CH2CH2CH2)4N(BH4)、LiAlH4、NaH、(CH3)2NHBH3、HO(CH2)nOH的至少一种，有机溶剂为醚类、饱和烃类、不饱和烃类和有机酸类的至少一种。该方法存在相当多的有毒物质，会产生有毒性副产品对环境的污染，且得到的镍纳米颗粒也较大。因此寻求一种生产工艺简便，生产成本较低，对环境污染少，而镍纳米颗粒细的制备方法就显得尤其重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产工艺简便，生产成本较低，对环境污染少，而镍纳米颗粒较均匀，单分散，平均粒径不大于10nm的镍纳米颗粒的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种镍纳米颗粒的制备方法，包括下述步骤：
1）将硝酸镍溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，不断搅拌使硝酸镍完全溶解，得到浓度为0.1～0.6 g/L的硝酸镍澄清溶液待用；
2）将乙醇胺溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为1～9g/L乙醇胺澄清溶液待用；
3）将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）粉末溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到浓度为1～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；
4）将上述硝酸镍澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按体积比2～6：1：1均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度60～80°C下，反应至反应液颜色变成稳定的淡黄色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到镍纳米颗粒胶体溶液； 
5）先用减压蒸发法除去上述胶体溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空干燥得至镍纳米颗粒的粉体，该镍纳米颗粒的粒径不大于10nm。在本方案中，采用低分子醇是由于低分子量的醇具有较大的极性，尤其是乙醇还是无毒的；而乙醇胺不但与低分子醇很好混溶，也可以与PVP很好混溶，使反应能力提高，反应温度下降，而且在反应中有利于得到较均匀、单分散的镍纳米颗粒。
所述硝酸镍澄清溶液浓度为0.3～0.4 g/L，所述乙醇胺澄清溶液浓度为4g/L，所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液浓度为4g/L，所述硝酸镍澄清溶液、所述乙醇胺澄清溶液和所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液的体积比为4：1：1，所述反应液温度为66°C。该方案制得的颗粒平均粒径更小，不大于6nm。
与现有技术相比，本发明的优点在于一种镍纳米颗粒的制备方法，以低分子醇为溶剂分别配制浓度为0.1～0.6 g/L的硝酸镍澄清溶液、浓度为1～9g/L乙醇胺澄清溶液和浓度为1～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再将三种溶液组成反应液在60～80°C下反应至稳定的淡黄色，经冷却、蒸发和干燥得到镍纳米颗粒；该方法生产工艺简便、设备简单，生产成本较低，对环境污染少，同时得到的镍纳米颗粒平均粒径不大于10nm，铜纳米颗粒较均匀，为单分散颗粒，无粘结，因此材料性能更好。因此本发明是一种生产工艺简便，生产成本较低，对环境污染少，而镍纳米颗粒较均匀，单分散，平均粒径不大于10nm的镍纳米颗粒的制备方法。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种镍纳米颗粒的制备方法，称取3.5g硝酸镍溶于10L无水乙醇中，不断搅拌使硝酸镍完全溶解，得到浓度为0.35g/L的硝酸镍澄清溶液；同样称取8g乙醇胺溶于2L无水乙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为4g/L乙醇胺澄清溶液；称取8g PVP溶于2L无水乙醇中，搅拌至PVP完全溶解，得到浓度为4g/L的PVP澄清溶液；将该三种澄清溶液均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度66°C下恒温反应至反应液颜色变成古镍色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到镍纳米颗粒胶体溶液，然后用减压蒸发法除去乙醇溶剂，再真空干燥得至镍纳米颗粒的粉体，经TEM测定（常规方法，在此不作叙述），该镍纳米颗粒大小较均匀，未发现粘结的颗粒，为单分散颗粒，平均粒径约为6nm。
实施例2
一种镍纳米颗粒的制备方法，与实施例1基本相同，所不同的只是1g硝酸镍溶于10L无水甲醇中，2g乙醇胺溶于1.7L无水甲醇中， 2g PVP溶于1.7L无水甲醇中，反应液温度60°C下恒温反应。得到的镍纳米颗粒的平均粒径约为7nm。
实施例3
一种镍纳米颗粒的制备方法，与实施例1基本相同，所不同的只是6g硝酸镍溶于10L无水丙醇中，45g乙醇胺溶于5L无水丙醇中，45gPVP溶于5L无水丙醇中，反应液温度为78°C下恒温反应。得到的镍纳米颗粒的平均粒径小于10nm。

Claims (1)

1.一种镍纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
1）将硝酸镍溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，不断搅拌使硝酸镍完全溶解，得到浓度为0.3～0.4 g/L的硝酸镍澄清溶液待用；
2）将乙醇胺溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为4g/L乙醇胺澄清溶液待用；
3）将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到浓度为4g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；
4）将上述硝酸镍澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按体积比4：1：1均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度66°C下，反应至反应液颜色变成稳定的淡黄色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到镍纳米颗粒胶体溶液；
5）先用减压蒸发法除去上述胶体溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空干燥得至镍纳米颗粒的粉体，该镍纳米颗粒的粒径不大于10nm。
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