CN110102773B - 一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,属于Ni纳米颗粒技术领域。将含有Ni源、Pd源和高浓度的非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)的模板混合物混合均匀使它们通过自组装形成含有金属源的溶质液晶。通过共还原法,使标准电极电位相对高的Pd离子优先和还原剂二甲基氨硼烷(DMAB)反应生成反应核,Ni离子再继续和DMAB反应。反应结束以后除去溶质液晶软模板获得有序介孔Ni纳米颗粒。通过调节前驱液中氯化钯的量,将有序介孔Ni纳米颗粒的平均粒径控制在70~200nm。本发明方法易于操作和控制,得到的Ni纳米颗粒介孔有序、粒径可控并且分布窄,具有很好的应用前景。

Description

一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,属于介孔Ni材料技术领域。
背景技术
有序介孔纳米颗粒具有比表面积高、介孔有序、粒径可控等优点,在吸附、可控的药物释放、细胞输送、储能和催化等许多潜在领域应用广泛。相比有序介孔二氧化硅和碳纳米颗粒,有序介孔金属纳米颗粒不仅具有有序介孔材料的一般特征,还具有高的导电和导热率以及优良的催化活性。在软模板和硬模板法合成有序介孔金属材料方面已经取得了很大进展,但是这两种方法得到的产物的形貌仅限于形状不规则的粉末和导电基底上的薄膜。因此精确地控制纳米颗粒的尺寸和形貌将会进一步促进有序介孔金属纳米颗粒在各种领域的发展。
本发明将共还原法推广到制备粒径可控的有序介孔Ni金属纳米颗粒。之所以选择Ni作为金属源是因为Ni是通过化学还原法很容易沉积的金属之一。另外Ni材料可以用作催化剂、工业电解电极、燃料电池电极、以及电池电极的基板和集电器。
鉴于有序介孔金属纳米颗粒在催化、储能和吸附等领域应用前景十分可观。因此本发明旨在利用软模板技术,通过共还原法,使标准电极电位相对高的金属离子优先和还原剂反应作为反应核,合成有序介孔Ni纳米颗粒。通过改变前驱液中PdCl2的量,还可以有效地调控有序介孔Ni纳米颗粒的粒径,粒径变化范围为70~200nm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法。
一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒,其特征在于,Ni纳米颗粒内部的介孔有序、比表面积高并且粒径可控。
本发明上述的粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒按以下步骤制备:
1)首先配置一定量的pH=1-3的盐酸溶液,再将一定量的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、氯化钯(PdCl2)、盐酸溶液和非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)不断加热搅拌直到形成均匀的溶质液晶混合物。其中NiCl2·6H2O:PdCl2:HCl水溶液:Brij 58的质量比优选为3:(5.0×10-5-1.25×10-2):(2.5-3.5):5,优选溶质液晶混合物的加热温度为60~80℃。
2)将一定量的二甲基氨硼烷(DMAB)加入到步骤1)制备的溶质液晶中共同还原Pd离子和Ni离子;在还原反应的开始阶段,由于Pd的标准电极电位(E0=0.915V)高于Ni的标准电极电位(E0=-0.257V),所以Pd离子优先和DMAB反应生成Pd反应核,然后Ni离子在Pd反应核的诱导下继续和DMAB反应,还原反应结束以后,用无水乙醇除去溶质液晶软模板鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)获得有序介孔Ni纳米颗粒。
为了通过调节氯化钯(PdCl2)的量有效地控制有序介孔Ni纳米颗粒的粒径,分别在前驱液中加入不同量的氯化钯(PdCl2),实验步骤和上述的完全相同。如NiCl2·6H2O:PdCl2的质量比分别为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5
步骤2)中加入溶质液晶混合物的还原剂二甲基氨硼烷(DMAB),还原剂与NiCl2·6H2O的质量比为(1.0-1.3):3,还原反应温度优选控制在15~20℃。
本发明所述的有序介孔Ni纳米颗粒整体为70~200nm的纳米球,所述的纳米球是由颗粒更小的Ni颗粒有序排列组成,同时Ni颗粒之间形成有序的介孔。颗粒更小的Ni颗粒如为直径6nm的颗粒或更小的等。
本发明所制备的粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒具有比表面积高、介孔有序、粒径可控等优点。本发明利用高浓度的非离子表面活性剂组成的溶质液晶作为软模板,通过共还原法成功合成粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒。该材料具有高度有序的二维六方介孔结构,介孔孔径为3~4nm,有序介孔Ni颗粒的骨架由尺寸约6nm的相互连接的纳米颗粒构成。该制备方法能够通过调节前驱液中氯化钯(PdCl2)的量,控制Ni纳米颗粒内部的介孔有序性和颗粒大小,制备参数易于控制,重复性好。
附图说明
图1为实施例1制备的不同粒径的有序介孔Ni纳米颗粒的扫描电镜图;a-d分别对应NiCl2·6H2O:PdCl2质量比依次为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5
图2为实施例1制备的不同粒径的有序介孔Ni纳米颗粒的透射电镜图;a-d分别对应NiCl2·6H2O:PdCl2质量比依次为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5
图3为实施例3制备的不同粒径的无序介孔Ni纳米颗粒的透射电镜图;a-d分别对应NiCl2·6H2O:PdCl2质量比依次为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5
图4为实施例4制备的粒径为90~100nm的有序介孔Ni纳米颗粒的XRD图;NiCl2·6H2O:PdCl2质量比为3:2.5×10-3
具体实施方式
以下结合实例对本发明的方法作进一步的说明。这些实例进一步描述和说明了本发明范围内的实施方案。给出的实例仅用于说明的目的,对本发明不构成任何限定,在不背离本发明精神和范围的条件下可对其进行各种改变。
实施例1
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤如下:
1)首先配置一定量的pH=2的盐酸溶液,再将一定量的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、氯化钯(PdCl2)、盐酸溶液和非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)在80℃下不断加热搅拌直到形成均匀的溶质液晶混合物。其中NiCl2·6H2O:PdCl2:HCl水溶液:Brij 58的质量比为3:1.25×10-2:2.75:5。
2)将二甲基氨硼烷(DMAB)加入到步骤1)制备的溶质液晶混合物中共同还原Pd离子和Ni离子(其中二甲基氨硼烷与NiCl2·6H2O的质量比为(1.0-1.3):3,还原反应温度为15℃。在还原反应的开始阶段,由于Pd的标准电极电位(E0=0.915V)高于Ni的标准电极电位(E0=-0.257V),所以Pd离子优先和DMAB反应生成Pd反应核,然后Ni离子在Pd反应核的诱导下继续和DMAB反应。还原反应结束以后,用无水乙醇除去溶质液晶软模板获得有序介孔Ni纳米颗粒。
3)为了通过调节氯化钯(PdCl2)的量有效地控制有序介孔Ni纳米颗粒的粒径,分别在前驱液中加入不同量的氯化钯(PdCl2),实验步骤和上述的完全相同。其中NiCl2·6H2O:PdCl2的质量比分别为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5
图1是产物的扫描电镜(SEM)图。扫描电镜(SEM)图表明,NiCl2·6H2O:PdCl2的质量比从3:1.25×10-2变化为3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5时,有序介孔Ni纳米颗粒的粒径从75±5nm逐渐增加到95±5nm、135±5nm和195±5nm。说明有序介孔Ni纳米颗粒的粒径随着PdCl2量的减少而增大。产物的形貌都是球形,粒径分布比较窄。所以PdCl2的量不仅决定了Ni纳米颗粒的粒径大小,而且对Ni纳米颗粒的匀称性起着一定的作用。图2是产物的透射电镜(TEM)图。从透射电镜(TEM)图可知,随着PdCl2的量减少,有序介孔Ni纳米颗粒的粒径从70nm增加到200nm,与扫描电镜(SEM)结果相一致。产物粒径在70~200nm范围内时,Ni纳米颗粒内部的介孔都是有序的。从图2可以清晰地观察到,Ni纳米颗粒具有高度有序的二维六方介观结构,介孔孔道互相平行,介孔孔径为3~4nm,而且有序介孔Ni纳米颗粒的骨架由尺寸约6nm的相互连接的纳米颗粒构成。图3是粒径为90~100nm的有序介孔Ni纳米颗粒的广角XRD图谱。曲线在2θ=45°处出现宽的衍射峰,说明使用还原剂二甲基氨硼烷(DMAB)导致产物中含有微量的B元素,B元素的存在使样品以无定形态(多晶态)存在。
实施例2
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤同实施例1,不同之处是步骤2)中还原反应温度为20℃。
通过此方法制备的粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的介孔有序性部分被破坏。
实施例3(即对比例)
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤同实施例1,不同之处是步骤2)中还原反应温度为30℃。
通过此方法制备的粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的介孔有序性完全被破坏,如图3所示。实验结果说明,反应温度较高,会提高反应速率,从而破坏介孔的有序性。
实施例4
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,其中采用的NiCl2·6H2O:PdCl2的质量比分别为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5。其它步骤同实施例1,不同之处是步骤2)中还原剂二甲基氨硼烷(DMAB)与NiCl2·6H2O的质量比为1.25:3,所得结果与实施例1基本相同。
实施例5
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤同实施例1,其中采用的NiCl2·6H2O:PdCl2的质量比分别为3:1.25×10-2、3:2.5×10-3、3:2.5×10-4和3:5.0×10-5。其它步骤同实施例1,不同之处是步骤2)中还原剂二甲基氨硼烷(DMAB)与NiCl2·6H2O的质量比为0.75:3。
通过此方法制备的产物颜色为灰色,表明还原剂的量较少,溶质液晶中的Ni离子没有反应完全。
实施例6(即对比例)
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤同实施例1,不同之处是步骤1)中NiCl2·6H2O:PdCl2:HCl水溶液:Brij 58的质量比为3:2.5×10-2:2.75:5。
通过此方法制备的Ni纳米颗粒的粒径减小为40~50nm,但是Ni纳米颗粒内部的介孔有序性完全被破坏。
实施例7
粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,步骤同实施例1,不同之处是步骤1)中NiCl2·6H2O:PdCl2:HCl水溶液:Brij 58的质量比为3:1.25×10-2:3.25:5,所得结果与实施例1基本相同。

Claims (3)

1.一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)首先配置一定量的pH=1-3的盐酸溶液,再将一定量的六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、氯化钯(PdCl2)、盐酸溶液和非离子表面活性剂鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)不断加热搅拌直到形成均匀的溶质液晶混合物;其中NiCl2·6H2O:PdCl2:HCl水溶液:Brij 58的质量比为3:(5.0×10-5-1.25×10-2):(2.5-3.5):5,溶质液晶混合物的加热温度为60~80℃;
2)将一定量的二甲基氨硼烷(DMAB)加入到步骤1)制备的溶质液晶混合物中共同还原Pd离子和Ni离子;在还原反应的开始阶段,由于Pd的标准电极电位高于Ni的标准电极电位,所以Pd离子优先和DMAB反应生成Pd反应核,然后Ni离子在Pd反应核的诱导下继续和DMAB反应,还原反应结束以后,用无水乙醇除去溶质液晶软模板鲸蜡醇聚氧乙烯醚(Brij 58)获得有序介孔Ni纳米颗粒;
步骤2)中加入溶质液晶混合物中的还原剂二甲基氨硼烷(DMAB),还原剂二甲基氨硼烷(DMAB)与NiCl2·6H2O的质量比为(1.0-1.3):3;
为了有效地控制有序介孔Ni纳米颗粒的粒径,分别在前驱液中加入不同量的氯化钯(PdCl2)。
2.按照权利要求1所述的一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,其特征在于,步骤2)还原反应温度控制在15~20℃。
3.按照权利要求1所述的一种粒径可控的有序介孔Ni纳米颗粒的制备方法,其特征在于,有序介孔Ni纳米颗粒整体为70~200nm的纳米球,所述的纳米球是由颗粒直径小于等于6nm的Ni颗粒有序排列组成,同时Ni颗粒之间形成有序的介孔。
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