CN102744416B - 一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，该方法是在碱性的条件下，使镍盐和钴盐在高温下被1，2-丙二醇还原，得到二十面体晶态纳米镍钴合金。与现有技术相比，本发明方法对产物的合金组分含量有很高的调控性；分别采用简单无机盐作为反应物，具有很强的通用性；原材料易得，不需要催化剂、表面活性剂或模板，价格低廉。依据该方法所制备的产物具有良好的催化性能，可以作为高性能电化学催化剂，有较为广阔的发展前景和应用空间；本发明工艺简单，制备条件温和，产物形貌稳定、纯度高，且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，尤其是涉及一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法。
背景技术
纳米科学技术是20世纪80年代末产生的一项正在迅猛发展的新技术。所谓纳米技术是指用若干分子或原子构成的单元——纳米微粒，制造材料或微型器件的科学技术。纳米微粒是指尺寸介于1～100nm之间的金属或半导体的细小颗粒。纳米微粒所具有的特殊结构层次，赋予了它许多特殊的性质和功能，纳米粒子具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等导致纳米粒子的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，这就使它具有广泛的应用前景。
纳米粒子的化学特性主要表现在其高效率的催化及选择性方面。纳米粒子由十尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。最近，关于纳米粒子表面形态的研究指出，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。
从其它文献的报道中，有利用水热合成、回流的方法得到了许多金属的立方体、八面体、十二面体、二十面体。但一般都是单独贵金属或含有贵金属的合金。目前未见基于简单方法合成NiCo的二十面体这种多面体物质的报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单、产品形貌稳定、纯度高的二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，该方法是在碱性的条件下，使镍盐和钴盐在高温下被1，2-丙二醇还原，得到二十面体晶态纳米镍钴合金。
所述的方法具体包括以下步骤：在清洗处理后的反应釜中加入无水乙醇，将摩尔比为1∶1∶2的镍盐、钴盐和NaOH溶液加入反应釜中，然后加入1，2-丙二醇，超声处理5～10min后，在马弗炉210℃加热6h，冷却后进行后处理即得产品。
所述的无水乙醇的加入量与NaOH溶液体积相等。
所述的1，2-丙二醇的加入量为NaOH溶液体积的7～10倍。
所述的反应釜为聚四氟乙烯反应釜，反应釜的清洗是将反应釜先用酸清洗，然后装满蒸馏水加热至100℃，再用蒸馏水清洗，晾干。
所述的酸为0.1～0.2mol/L盐酸或0.1～0.2mol/L硫酸。
所述的镍盐为NiC2O4·2H2O，所述的钴盐为CoC2O4。
所述的后处理是将冷却后得到的黑色物质转移至离心管中，分别用去离子水和乙醇洗涤各洗涤3次，以4000rpm的转速离心分离出沉淀，弃去离心液；直到离心液无色澄清，收集所需产物，将新制得的产物溶解于15ml乙醇中，密封存于样品管中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明实现了利用常温下可溶于水的草酸盐为还原反应的前驱体，通过水热合成法制备合金，首次合成了具有二十面体的NiCo晶态的纳米粒子。为无机合成提供了一种新的材料。
2.本方法对产物的合金形貌有很高的调控性。
3.本发明分别采用简单无机盐作为反应物，具有很强的通用性。
4.本发明制备的产物具有良好的催化性能，可以作为高性能化学催化剂，有较为广阔的发展前景和应用空间。
5.本发明工艺简单，制备条件通用，产物形貌稳定、纯度高，且产物处理方便简洁，适合于中等规模工业生产。
附图说明
图1为实施例1中在200nm的倍数下得到的产物TEM照片；
图2为实施例1中产物的EDS图谱；
图3为实施例1中产物的电子衍射光环；
图4为实施例1中产物的XPS谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
制备Ni48Co52二十面体纳米粒子的方法，包括以下步骤：
第一步，反应釜用稀酸处理后，盛满蒸馏水，加热至100℃。然后用蒸馏水清洗，晾干备用；
第二步，向干净的反应釜中加入一吸管无水乙醇。
第三步，分别准确称取0.7465g的NiC2O4·2H2O、0.7472g的CoC2O4和1.2g的NaOH置于烧杯中，加入10ml去离子水，充分搅拌使其溶解，然后转移至25ml容量瓶中，配置成0.12mol/L NiC2O4、0.12mol/L CoC2O4、1.2mol/L NaOH水溶液。
第四步，向上述溶液中加入约1ml乙醇、0.5ml NiC2O4、0.5ml CoC2O4、1ml配好的NaOH，然后加入7ml 1、2-丙二醇，超声10min。装上釜套，然后在马弗炉中210℃加热6h。
第五步，反应完毕后，转移黑色沉淀物到离心管中，分别用去离子水和乙醇洗，以4000rpm的转速离心分离出沉淀，弃去离心液；直到离心液无色澄清，收集所需产物。将新制得的产物溶解于15ml乙醇中，密封存于样品管中。图1为产物的透射电子显微镜(TEM)照片，为NiCo二十面体的纳米粒子；图2中EDS图谱表明了NiCo二十面体合金成分Ni48Co52，与加入的金属离子的比例相符；图3中电子衍射光环照片显示其为晶态的纳米粒子。图4中是XPS图谱。
实施例2
一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)清洗反应釜
反应釜用0.1～0.2mol/L盐酸处理后，盛满蒸馏水，加热至100℃。然后用蒸馏水清洗，晾干备用；
(2)配制NaOH水溶液
称取一定量NaOH置于烧杯中，加入去离子水，充分搅拌使其溶解，转移至容量瓶，稀释至所需体积，制成1.2mol/L的NaOH水溶液；
(3)配制Ni、Co水溶液
称取适量NiC2O4·2H2O，CoC2O4，置于烧杯中加入适量去离子水，待其溶解后，转移至容量瓶，稀释至所需体积。搅拌均匀，配成0.12mol/L NiC2O4、0.12mol/LCoC2O4水溶液，待用；
(4)在反应釜中加入1ml无水乙醇，并将上述NiC2O4、CoC2O4及NaOH溶液按摩尔比为1∶1∶2的比例，总量1ml加入到反应釜中，然后加入1，2-丙二醇7ml，超声10min。装上釜套，在马弗炉210℃加热6h。自然冷却至室温，釜内得到黑色产物；
(5)产物的后处理
将得到的黑色物质转移至离心管中，分别用去离子水和乙醇洗涤产物各洗涤3次，以4000rpm的转速离心分离出沉淀，弃去离心液；直到离心液无色澄清，收集所需产物；将新制得的产物溶解于15ml乙醇中，密封存于样品管中。
实施例3
一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)清洗反应釜
反应釜用0.1～0.2mol/L硫酸处理后，盛满蒸馏水，加热至100℃。然后用蒸馏水清洗，晾干备用；
(2)配制NaOH水溶液
称取一定量NaOH置于烧杯中，加入去离子水，充分搅拌使其溶解，转移至容量瓶，稀释至所需体积，制成1.2mol/L的NaOH水溶液；
(3)配制Ni、Co水溶液
称取适量NiC2O4·2H2O，CoC2O4，置于烧杯中加入适量去离子水，待其溶解后，转移至容量瓶，稀释至所需体积。搅拌均匀，配成0.12mol/L NiC2O4、0.12mol/LCoC2O4水溶液，待用；
(4)在反应釜中加入1ml无水乙醇，并将上述NiC2O4、CoC2O4及NaOH溶液按摩尔比为1∶1∶2的比例，总量1ml加入到反应釜中，然后加入1，2-丙二醇10ml，超声10min。装上釜套，在马弗炉210℃加热6h。自然冷却至室温，釜内得到黑色产物；
(5)产物的后处理
将得到的黑色物质转移至离心管中，分别用去离子水和乙醇洗涤产物各洗涤3次，以4000rpm的转速离心分离出沉淀，弃去离心液；直到离心液无色澄清，收集所需产物；将新制得的产物溶解于15ml乙醇中，密封存于样品管中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，在不脱离本发明的范畴的情况下所做出的修改都在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，该方法是在碱性的条件下，使镍盐和钴盐在高温下被1,2-丙二醇还原，得到二十面体晶态纳米镍钴合金；
所述的方法具体包括以下步骤：在清洗处理后的反应釜中加入无水乙醇，将摩尔比为1：1：2的镍盐、钴盐和NaOH溶液加入反应釜中，然后加入1,2-丙二醇，超声处理5～10min后，在马弗炉210℃加热6h，冷却后进行后处理即得产品。
2.根据权利要求1所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的无水乙醇的加入量与NaOH溶液体积相等。
3.根据权利要求1所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的1,2-丙二醇的加入量为NaOH溶液体积的7～10倍。
4.根据权利要求1所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的反应釜为聚四氟乙烯反应釜，反应釜的清洗是将反应釜先用酸清洗，然后装满蒸馏水加热至100℃，再用蒸馏水清洗，晾干。
5.根据权利要求4所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的酸为0.1～0.2mol/L盐酸或0.1～0.2mol/L硫酸。
6.根据权利要求1所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为NiC2O4·2H2O，所述的钴盐为CoC2O4。
7.根据权利要求1所述的一种二十面体晶态纳米镍钴合金的制备方法，其特征在于，所述的后处理是将冷却后得到的黑色物质转移至离心管中，分别用去离子水和乙醇洗涤各洗涤3次，以4000rpm的转速离心分离出沉淀，弃去离心液；直到离心液无色澄清，收集所需产物，将新制得的产物溶解于15ml乙醇中，密封存于样品管中。
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